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BOLILLA 2- 1° parte

BOLILLA 2- 1° parte.

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Presentation Transcript

  1. BOLILLA 2- 1° parte Transporte electrónico y fosforilación oxidativa. Mitocondrias. Cadena respiratoria. Localización. Balance energético. Desacoplantes: proteínas desacopladoras. Inhibidores. Síntesis de ATP. Hipótesis quimiosmótica. Translocasas. Regulación de la fosforilación oxidativa. Oxidasa alternativa en vegetales. Luciferina-luciferasa. Fotofosforilacióny fotosíntesis: Proceso en plantas superiores. Reacciones luminosas. Captación de la energía luminosa. Cloroplastos y pigmentos. Transporte electrónico cíclico y no cíclico. Síntesis de ATP por fotofosforilación. Similitudes entre fosforilación oxidativa y fotofosforilación. Concepto unificador de la teoría quimiosmótica. Otros organismos fotosintetizadores. Sistema microsomal de transporte electrónico. Formación de compuestos oxígeno-reactivo. Radicales libres. Sistemas de protección.

  2. Lípidos ACIDOS GRASOS OXIDACION NADH FADH2 O2 ATP Compuestos con uniones ricas en energía Hidratos de carbono GLUCOSA Proteínas AMINOACIDOS

  3. OXIDACION COMPLETA DE LA GLUCOSA C6H12O6 +6O2 6CO2 + 6H2O ΔG0= -2870 Kj/mol ó -686 kcal/mol

  4. O C O – PO3 C H2 C-O-PO3 H2 1,3-Bisfosfoglicerato DG o’= - 49,3 kJ/mol װ ו ו CH2 C – O – PO3 COO- Fosfoenolpiruvato (PEP) DGo’ = - 61,9 kJ/mol װ ו ו OXIDACION DE LA GLUCOSA VIA GLICOLITICA

  5. CH3 O C – S-CoA Acetil-CoA DGo’ = - 32,2 kJ/mol ו װ 1 2 2 O2 CR Ciclo de Krebs, Ciclo de los ácidos tricarboxílicos, Ciclo del ácido cítrico CR O2 CR O2 CR O2 • Hans Krebs,1937.

  6. AH2+ FAD+(FMN+) A + FADH2 (FMNH2) OXIDORREDUCTASAS (DESHIDROGENASAS) • Deshidrogenasas nicotinamídicas, o ligadas a NAD. • Deshidrogenasasflavínicas, o ligadas a FAD o a FMN. AH2 + NAD+ A + NADH + H+

  7. │ R R │ .. + H+ + │H H H REACCION DE REDUCCION DE NAD+ :H-(ion hidruro) Anillo de nicotinamida NAD OXIDADO (NAD+) NAD REDUCIDO (NADH + H+)

  8. . R + H - H Anillo isoaloxacina H REACCION DE REDUCCION DEL ANILLO FLAVINICO R e- + H+ e- + H+ R FADH2 o FMNH2

  9. Lípidos ACIDOS GRASOS OXIDACION NADH FADH2 O2 ATP Compuestos con uniones ricas en energía Hidratos de carbono GLUCOSA Proteínas AMINOACIDOS

  10. Adenosina Trifosfato (ATP)

  11. Energía de Hidrólisis de los Compuestos de elevada Energía Hidrólisis con eliminación de la repulsión de cargas Estabilización por resonancia Ionización

  12. O O O -O-P-O-P-O -P-O-Ribosa-Adenina O- O- O- Mg MgATP2- װ װ װ ו ו ו ו ו AMP + PPi 2 Pi • ATP Activación de Acidos grasos Polimerización de ARN o ADN Activación de Aminoácidos Quimioluminiscencia DGo’= - 32,2 kJ/mol DGo’= - 33,4 kJ/mol

  13. HIDRÓLISIS DE UNA UNION DE ALTA ENERGIA CADENA DE TRANSPORTE ELECTRONICO MECANISMOS DE SINTESIS DE ATP • FOSFORILACION A NIVEL DE SUSTRATO • FOSFORILACION OXIDATIVA O2

  14. O C O – PO3 C H2 C-O-PO3 H2 1,3-Bisfosfoglicerato DG o’= - 49,3 kJ/mol װ ו ו CH2 C – O – PO3 COO- Fosfoenolpiruvato (PEP) DGo’ = - 61,9 kJ/mol װ ו ו OXIDACION DE LA GLUCOSA VIA GLICOLITICA

  15. CH3 O C – S-CoA Acetil-CoA DGo’ = - 32,2 kJ/mol ו װ 1 2 2 O2 CR Ciclo de Krebs, Ciclo de los ácidos tricarboxílicos, Ciclo del ácido cítrico CR O2 CR O2 CR O2 • Hans Krebs,1937.

  16. HIDRÓLISIS DE UNA UNION DE ALTA ENERGIA CADENA DE TRANSPORTE ELECTRONICO MECANISMOS DE SINTESIS DE ATP • FOSFORILACION A NIVEL DE SUSTRATO • FOSFORILACION OXIDATIVA O2

  17. Memb.externa Memb.interna Matriz CK Memb. interna Espacio Intermem-brana Crestas Mitocon- driales Destino de los equivalentes de reducción

  18. CADENA DE TRANSPORTE ELECTRONICO • Los componentes de la cadena se encuentran en la membrana mitocondrial interna. • Reciben equivalentes de reducción de NADH y FADH2 producidos en la matriz mitocondrial. • El aceptor final de electrones es el oxígeno. • Los componentes se encuentran ordenados en orden creciente de sus potenciales de reducción.

  19. COMPONENTES DE LA CADENA DE TRANSPORTE ELECTRONICO • FLAVOPROTEINAS (FMN óFAD): Transportan 2 e- y 2 H+ • PROTEINAS FERROSULFURADAS: transportan e- (Fe+++ Fe++) • COENZIMA Q ó UBIQUINONA: Quinonaisoprenoideno proteica. Transporta 1 e- y libera 2 H+ a la matriz. • CITOCROMOS b, c, c1, a, a3: Proteínas que contienen un grupohemo. Transportan solo 1 e-.

  20. POTENCIALES DE REDUCCIÓN ESTÁNDAR DE LOS TRANSPORTADORES DE LA CADENA RESPIRATORIA Reacción redox (media reacción) E´0 (V) 2 H+ + 2 e- → H2- 0.414 NAD+ + H+ + 2 e- → NADH - 0.320 FMN + 2 H+ + 2 e- → FMNH2 - 0.300 FAD + 2 H+ + 2 e- → FADH2 - 0.220 Ubiquinona+ 2 H+ + 2 e- → ubiquinol + 0.045 Citocromo b (Fe3+) + e- → citocromo b (Fe2+) + 0.075 Citocromo c1 (Fe3+) + e- → citocromo c1 (Fe2+) + 0.220 Citocromo c (Fe3+) + e- → citocromo c (Fe2+) + 0.254 Citocromo a (Fe3+) + e- → citocromo a (Fe2+) + 0.290 Citocromo a3(Fe3+) + e- → citocromo a3(Fe2+) + 0.550 ½ O2 + 2 H+ + 2 e- → H2O + 0.820

  21. Complejos de la Cadena de transporte electrónico-Citocromo c Complejo enzimáticoGrupos prostéticos Complejo I (NADH deshidrogenasa) FMN, FeS Complejo II(succinato deshidrogenasa) FAD,FeS Complejo III (citocromos b y c1) Hemo, FeS Citocromo c Hemo Complejo IV (citocromo a-a3) Hemo, Cu

  22. NAD+ III Fe Fe Fe-S Fe Coenzima Q NADH FAD FMN I II Fe-S Fe-S Fe Fe/Cu IV Fe/Cu O2 Fumarato Complejo II SUCCINATO DESHIDROGENASA Succinato e- Cit.c Complejo I NAD UBIQUINONA REDUCTASA Cit.b /Centro Fe-S/ Cit c1 Cit.a Cit a3 Complejo III CITOCROMO C –COENZIMA Q OXIDO REDUCTASA Complejo IV CITOCROMO OXIDASA H2O

  23. Reacciones que proveen de NADH a la cadena respiratoria 1 2 NADH + H+ piruvato deshidrogenasa 2 O2 CR malato deshidrogenasa Ciclo de Krebs CR O2 CR O2 Isocitrato deshidrogenasa α-cetoglutarato deshidrogenasa CR O2 • Hans Krebs,1937.

  24. REACCIONES DEL COMPLEJO I NADH + H+ NAD+ + 2 e- + H+ (Eo= - 0,32 V) FMN + 2 e- + 2 H+ FMNH2 (Eo= - 0,22 V) NADH + H+ + FMN → FMNH2 + NAD+

  25. Camino de los equivalentes de reducción en el Complejo I

  26. Reacciones que proveen de FADH2 a la cadena respiratoria 1 2 NADH + H+ 2 O2 CR Ciclo de Krebs CR O2 CR O2 Succinato deshidrogenasa CR O2 • Hans Krebs,1937.

  27. NAD+ III Fe Fe Fe-S Fe Coenzima Q FAD NADH FMN I II Fe-S Fe-S Fe Fe/Cu IV Fe/Cu O2 Fumarato Complejo II SUCCINATO DESHIDROGENASA Succinato e- Cit.c Complejo I NAD UBIQUINONA REDUCTASA Cit.b /Centro Fe-S/ Cit c1 Cit.a Cit a3 Complejo III CITOCROMO C –COENZIMA Q OXIDO REDUCTASA Complejo IV CITOCROMO OXIDASA H2O

  28. COMPLEJO II • Succinato-coenzima Q oxidorreductasa • Coenzima: FAD • Proteínas ferrosulfuradas • Transfiere equivalentes de reducción desde succinato a la coenzima Q Succinato + FAD Fumarato+ FADH2 FADH2 + Prot-Fe3+ FAD + Prot-Fe2+ Prot-Fe2++ CoQProt-Fe3++ CoQH2

  29. H e- + H+ R R R Radical semiquinona Ubiquinona (UQ) e- + H+ H H Ubiquinol (UQH2) REACCION DE LA UBIQUINONA

  30. Otras deshidrogenasasque entregan electrones a la Ubiquinona • Acil-CoA deshidrogenasa • Glicerol-3-fosfato deshidrogenasa FADH2 CoQ FADH2 CoQ

  31. Complejo IV Complejo III CAMINO DE LOS ELECTRONES desde el COMPLEJO III al O2 ½ O2 + H+ CoQH2 Fe+++ Fe++ Fe+++ Fe++ Fe+++ Fe++ Cit. b566 Cit. b562 Cit. c1 Cit. c Cit. a.a3 Fe-S CoQ H2O Fe++ Fe+++ Fe++ Fe+++ Fe++ Fe+++

  32. Hemo A (Citocromo a y a3) Estructura de los citocromos Estructura general de citocromo c y c1

  33. ESPACIO INTERMEMBRANA MATRIZ SINTESIS DE ATP TEORIA QUIMIOSMOTICA H+ H+ H+ e- e- e- e- H+ H+ H+ H+ H+ H+ 3 ATP

  34. H+ H+ H+ e- e- e- 2 ATP H+ H+ H+

  35. TRANSLOCACION DE PROTONES Y SINTESIS DE ATP Pi Pi

  36. POSTULADOS DE LA TEORIA QUIMIOSMOTICA • Membrana mitocondrial impermeable a protones. • Expulsión de H+ durante el transporte de electrones. • Formación de un gradiente electroquímico (H+ y cargas positivas). • El pasaje de los H+ a través de Fo activan la ATP sintasa.

  37. INHIBIDORES • Inhibidores del transporte electrónico Inhiben solamente el transporte de e- • Inhibidores de la fosforilación Inhiben la síntesis de ATP e indirectamente, el transporte de e-. • Desacoplantes Impiden la síntesis de ATP, y aceleran el transporte de electrones. • Inhibidores de la translocasa Inhiben la entrada de ADP y la salida de ATP desde la mitocondria.

  38. ACCION DE INHIBIDORES CN- CO Inhiben la citocromo oxidasa Antimicina A (antibiótico) bloquean citb/citc1 Rotenona (insecticida) Amital (barbitúrico) Inhiben Fe-S/CoQ NADH FMN Fe-S CoQcitb Fe-S citc1citccita cit a3 O2 (-0.32) (+0.82) Tetrametil p-fenilendiamina Aceptores artificales de electrones Azul de metileno 2,6 diclorofenol indofenol Ferricanuro

  39. INHIBIDORES DE LA FOSFORILACIÓN • Oligomicina: Bloquea el flujo de protones a través de Fo. • Se inhibe la síntesis de ATP • Se acumulan protones y se produce una fuerza inversa deteniéndose el transporte de electrones.

  40. O- 2,4 Dinitrofenol (DNP) DESACOPLANTES Actúan como ionóforos eliminando el gradiente de protones. Desacoplan la fosforilación del transporte electrónico + H+ Forma protonada que atraviesa la membrana

  41. e- e- e-(Q al O2) Relacion P/O en presencia de Inhibidores • Sustrato: NADH c/Inh. del COMPLEJO I c/Inh. del COMPLEJO I c/Inh. del COMPLEJO I c/Inh. del COMPLEJO I P/O = 0 e- e- e- P/O = 3/1 Sin Inhibidor Sin Inhibidor c/Inh. del COMPLEJO II c/Inh. del COMPLEJO II c/Inh. del COMPLEJO II c/Inh. del COMPLEJO II e- e- e- P/O = 3/1 C/ DESACOPLANTES C/ DESACOPLANTES C/ DESACOPLANTES P/O = 0/1 e- e- e- e- e- e-e- e- e-(Q al O2)

  42. e- e- e-(Q al O2) P/O = 2 c/Inh. del COMPLEJO I c/Inh. del COMPLEJO I c/Inh. del COMPLEJO I c/Inh. del COMPLEJO I • Sustrato: FADH2 e- e- e-(Q al O2) e- e- e- Sin Inhibidor Sin Inhibidor P/O = 0 c/Inh. del COMPLEJO II c/Inh. del COMPLEJO II c/Inh. del COMPLEJO II c/Inh. del COMPLEJO II P/O = 2 C/ DESACOPLANTES C/ DESACOPLANTES C/ DESACOPLANTES P/O = 0 e- e- e- e- e- e-e- e- e-(Q al O2)

  43. Oxidaciones alternativas de transporte de electrones en plantas NADH Ubiquinona oxidasa O2 NADH deshidrogenasa alternativa UQ Calor NAD(P)H Deshidrogenasa externa

  44. Funciones fisiologicas • Producción de calor en algunas especies vegetales como por ej. Araceaespecies en un etapa anterior a la polinización para producción de compuestos aromáticos que atraen a los polinizadores. • Es activa durante períodos de altas velocidades de oxidación de sustratos para evitar la producción de radicales libres.(Esqueletos carbonados C.Krebs) • Es activa en situaciones de estrés (sequia, temperaturas extremas, tóxicos presentes en el suelo, falta de Pi, patógenos)( en estas situaciones disminuye la velocidad de la cadena respiratoria normal).

  45. Control de la respiración • Niveles de ADP • Disponibilidad de sustrato en plantas • Disponibilidad de oxígeno

  46. ESPECIES REACTIVAS DEL OXIGENO • O2 • O2.- • H2O2 • OH.- • Oxígeno Molecular • Radical Superóxido • Peróxido de Hidrógeno • Radical Hidroxilo

  47. Eliminacion de EROS • ENZIMAS ANTIOXIDANTES • SUSTANCIAS QUIMICAS ANTIOXIDANTES • GPx • SOD • Catalasa • Ascorbato • Vitamina E • Beta-caroteno

  48. 2 O2.- + 2 H+H2O2 + O2 2 H2O2 2H2O + O2 2 GSH + H2O2 GSSG + 2H2O Enzimas antioxidantes SUPEROXIDO DISMUTASA CATALASA GLUTATION PEROXIDASA

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