produccion de acetil Co.A

Producción de Acetil CoA.


Acetil CoA como molécula central del metabolismo.
Producción de Acetil CoaLa piruvato desidrogenasa (PDH) cataliza la descarboxilación oxidativa, irreversible, del piruvato a astil CoA en la matriz mitocondrial.El Acetil CoA también puede producirse por la degradación de ácidos grasos, cuerpos cetónicos o aminoácidos.



Transporte de acetil CoA desde la mitocondria al citosol.




La misma vía que produce NADPH para la síntesis de ácidos grasos, es decir, el ciclo del piruvato-malato, también transporta acetil CoA desde la mitocondria hasta el citosol celular. La parte del ciclo que transporta acetil CoA se llama la lanzadera del citrato. El acetil coA se produce en la mitocondria, pero la síntesis de ácidos grasos tiene lugar en el citosol. La porción CoA de la molécula no puede cruzar la membrana mitocondrial. Sin embargo, mediante la condensación con oxalacetato para formar citrato, el grupo acetilo puede ser transportado a su través mediante el transportador tricarboxilato. En el citosol, el citrato es escindido por la citrato-liasa para liberar oxalacetato para reciclaje y acetil CoA para la síntesis de ácidos grasos.
Acetil Coa como molécula abastecedora de carbonos al ciclo de Krebs.
El acetil-CoA (Acetil Coenzima A) es el principal precursor del ciclo. El ácido cítrico (6 carbonos) o citrato se regenera en cada ciclo por condensación de un acetil-CoA (2 carbonos) con una molécula de oxaloacetato (4 carbonos). El citrato produce en cada ciclo una molécula de oxaloacetato y dos CO2, por lo que el balance neto del ciclo es:Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 3 H2O → CoA-SH + 3 (NADH + H+) + FADH2 + GTP + 2 CO2 + 3 H+Los dos carbonos del Acetil-CoA son oxidados a CO2, y la energía que estaba acumulada es liberada en forma de energía química: GTP y poder reductor (electrones de alto potencial): NADH y FADH2. NADH y FADH2 son coenzimas (moléculas capaces de unirse a enzimas) capaces de acumular la energía en forma de poder reductor para su conversión en energía química en la fosforilación oxidativa.El FADH2 de la succinato deshidrogenasa, al no poder desprenderse del enzima, debe oxidarse nuevamente in situ. El FADH2 cede sus dos hidrógenos a la ubiquinona (coenzima Q), que se reduce a ubiquinol (QH2) y abandona el enzima.

Ciclo de Krebs.

Ciclo de Krebs.

Sucesión de reacciones químicas que ocurren dentro de la célula, mediante las cuales se realiza la descomposición final de las moléculas de los alimentos y en las que se producen dióxido de carbono, agua y energía
Sustratos, enximas y coenzimas que intervienen.
Piruvato, Acetil CoA, Citrato, Isocitrato, Alfa-cetoglutarato, Succinil, Succinato, Fumarato, Malato y Oxalacetato.
Piruvato deshidrogenasa, Aconitasa, Citrato sintasa, Isocitrato deshidogenasa, alfa-Cetoglutarato deshidrogenasa, succinil CoA sintetasa, succinato deshidrogenasa, fumarasa, malato deshidrogenasa.

Visión simplificada y rendimiento del proceso.

El paso previo es la oxidación del piruvato, produciendo un acetil-CoA y un CO2.El acetil-CoA reacciona con una molécula de oxaloacetato (4 carbonos) para formar citrato (6 carbonos), mediante una reacción de condensación.A través de una serie de reacciones el citrato se convierte de nuevo en oxaloacetato.Durante estas reacciones, se substraen 2 átomos de carbono del citrato (6C) para dar oxalacetato (4C); dichos átomos de carbono se liberan en forma de CO2El ciclo consume netamente 1 acetil-CoA y produce 2 CO2. También consume 3 NAD+ y 1 FAD, produciendo 3 NADH + 3 H+ y 1 FADH2.El rendimiento de un ciclo es (por cada molécula de piruvato): 1 GTP, 3 NADH, 1 FADH2, 2CO2.Cada NADH, cuando se oxide en la cadena respiratoria, originará 2,5 moléculas de ATP (3 x 2,5 = 7,5), mientras que el FADH2 dará lugar a 1,5 ATP. Por tanto, 7,5 + 1,5 + 1 GTP = 10 ATP por cada acetil-CoA que ingresa en el ciclo de Krebs.Cada molécula de glucosa produce (vía glucólisis) dos moléculas de piruvato, que a su vez producen dos acetil-CoA, por lo que por cada molécula de glucosa en el ciclo de Krebs se produce: 4CO2, 2 GTP, 6 NADH, 2 FADH2; total 36 ATP.

Naturalea afibólica
Normalmente uno piensa de una ruta metabólica que o bien es anabólica o catabólica. El ciclo de los ácidos tricarboxílicos es una ruta catabólica, pero sin embargo, varios de sus intermediarios son moléculas iniciales de una serie de rutas biosintéticas (anabólicas). Estas rutas precisan de energía y por lo tanto el ciclo de los ácidos tricarboxílicos debe de funcionar para proporcionar esa energía. Las diferentes rutas que utilizan intermediarios del ciclo de los ácidos tricarboxílicos son:1. La biosíntesis de la glucosa o gluconeogénesis. Tiene lugar en el citosol y precisa de OAA. Estew pasa la membrana en forma de malato (el OAA no pasa la membrana, necesita una interconversión).2. La biosíntesis de lípidos, incluyendo la síntesis de ácidos grasos y la síntesis del colesterol. Ocurre en el citosol y necesita de acetil-CoA. El acetil-CoA que se forma en la mitocondria no pasa la membrana y el acetil-CoA del citosol se origina a partir del citrato, que pasa la membrana mediante un co-transporte con malato.3. La biosíntesis de algunos aminoácidos. El a-CG y el OAA se utilizan para la síntesis de glutamato y aspartato.4. La biosíntesis de porfirinas, que utiliza succinil-CoA.Las reacciones que dan lugar a intermediarios del ciclo de los ácidos tricarboxílicos son denominadas reacciones anapleróticas (reacciones de rellenado), siendo la principal la reacción catalizada por la piruvato carboxilasa (hígado, riñones; mitocondrias de células animales pero no en plantas), que produce OAA (enzima tetrámerica con biotina y Mg2+ en cada subunidad)Piruvato + CO2 + ATP + H2O « oxalacetato + ADP + PiEsta enzima siente la necesidad de intermediarios del ciclo de los ácidos tricarboxílicos (se activa por el acetil-CoA). La PEP carboxilasa produce OAA a partir del PEP y HCO3 - (levaduras, bacterias y plantas, pero no en animales) y la PEP carboxiquinasa produce OAA y GTP a partir de PEP, CO2 y GDP (corazón, músculo esquelético) y el enzima málico, que produce malato y NAD(P)+ a partir de Pyr, HCO3- y NAD(P)H . Otras rutas degradativas que generan intermediarios del ciclo de los ácidos tricarboxílicos son la oxidación de ácidos grasos impares (succinil-CoA), la rotura de los aminoácidos Ile, Met y Val (succinil-CoA) y la transaminación y desaminación de los aminoácidos (OAA y aCG).Reacciones anapleróticas (si hay síntesis neta de intremediarios del TCA)Piruvato carboxilasa º piruvato + ATP + HCO3- ® OAA + ADP + Pi + H+Glutamato deshidrogenasa º glutamato + NAD(P)+ ® aCG + NAD(P)H + H+ +NH4+Reacciones no anapleróticas (no hay síntesis neta de intremediarios del TCA)Glutamato-oxaloacetato transaminasa º aCG + Asp « Glu + OAARegulación del ciclo.

Muchas de las enzimas del ciclo de Krebs son reguladas por retroalimentación negativa, por unión alostérica del ATP, que es un producto de la vía y un indicador del nivel energético de la célula. Entre estas enzimas se incluye el complejo de la piruvato deshidrogenasa que sintetiza el acetil-CoA necesario para la primera reacción del ciclo a partir de piruvato, procedente de la glucólisis o del catabolismo de aminoácidos. También las enzimas citrato sintasa, isocitrato deshidrogenasa y α-cetoglutarato deshidrogenasa, que catalizan las tres primeras reacciones del ciclo de Krebs, son inhibidas por altas concentraciones de ATP. Esta regulación frena este ciclo degradativo cuando el nivel energético de la célula es bueno.Algunas enzimas son también reguladas negativamente cuando el nivel de poder reductor de la célula es elevado. El mecanismo de esta inhibición es una inhibición competitiva por producto (por NADH) de las enzimas que emplean NAD+ como sustrato. Así se regulan, entre otros, los complejos piruvato deshidrogenasa y citrato sintasa.
En esta pagina se explica el ciclo de krebs de una manera muy didáctica se los recomiendo.* http://150.185.75.79:8080/CicloKrebs/regulacion.html

fOsFoRiLaCiOn OxIdAtIv@

Fosforilación Oxidativa.

La fosforilación oxidativa es la transferencia de electrones de los equivalentes reducidos NADH y FADH, obtenidos en la glucólisis y en el ciclo de Krebs hasta el oxígeno molecular, acoplado con la síntesis de ATP. Este proceso metabólico está formado por un conjunto de enzimas complejas, ubicadas en la membrana interna de las mitocondrias, que catalizan varias reacciones de óxido-reducción, donde el oxígeno es el aceptor final de electrones y donde se forma finalmente agua.La fosforilación oxidativa es un proceso bioquímico que ocurre en las células. Es el proceso metabólico final (catabolismo) de la respiración celular, tras la glucólisis y el ciclo del ácido cítrico. De una molécula de glucosa se obtienen 38 moléculas de ATP mediante la fosforilación oxidativa.Dentro de las células, la fosforilación oxidativa se produce en las membranas biológicas. En procariotas es la membrana plasmática y en eucariotas es la membrana interna de las dos de que consta la mitocondrial. El NADH y FADH2, moléculas donadores de electrones que "fueron cargadas" durante el ciclo del ácido cítrico, se utilizan en un mecanismo intrincado (que implica a numerosas enzimas como la NADH-Q reductasa, la citocromo c oxidasa y la citocromo reductasa), gracias a la bomba H+ que moviliza los protones contra un gradiante de membrana.La teoría quimiosmotica establece que ambos procesos -(F.O y CTe-) están acoplados energéticamente. Por Ej, la Oligomicina se une a la Fracción Fo de la Atpasa e inhibe la síntesis de ATP, por lo tanto detendrá también a la cadena de transporte de electrones. Por lo tanto disminuirá el consumo de O2. Hay sustancias que actuan como desacoplantes de estos dos procesos, para que puedan actuar de manera individual. Por ejemplo siguiendo con el caso anterior, si ahora se agregara 2,4-dinitrofenol, que es un ácido débil que actúa como desacoplante, el consumo de O2 se reestablecería, ya que tenderá a liberar la cadena de transporte de electrones, aunque la oligomicina continue bloqueando la producción de ATP. La fracción Fo está formada por proteinas transmembrana en la membrana mitocondrial interna (MMI), y es básicamente un poro que permite el paso de H+. La fracción F1 se encuentra del lado interno de la MMI y es la encargada de utilizar la disipación del gradiente electroquímico para fosforilar ADP + Pi y liberar ATP.Los nucleótidos entran y salen de la mitocondria a través de transportadores específicos.Un gran complejo proteico llamado ATP-sintasa situado en la membrana mitocondrial interna (MMI), permite a los protones pasar a través en ambas direcciones; genera el ATP cuando el protón se mueve a favor de gradiente. Debido a que los protones se han bombeado al espacio intermembranoso de la mitocondria en contra de gradiente, ahora pueden fluir nuevamente dentro de la matriz mitocondrial y mediante la vía ATP-sintasa, se genera ATP en el proceso. La reacción es:ADP3- + H+ + Pi ↔ ATP4- + H2OCada molécula de NADH contribuye suficientemente a generar la fuerza motriz de un protón que produzca 2,5 moléculas de ATP. Cada molécula de FADH2 produce 1,5 moléculas de ATP.[1] Todas juntas, las 10 moléculas de NADH y las 2 FADH2 provenientes de la oxidación de la glucosa (glucólisis, descarboxilación oxidativa de piruvato en acetil-CoA y ciclo de Krebs) a formar 28 de las 36 moléculas totales de ATP transportadoras de energía. Hay que decir que estos valores de moléculas de ATP son máximos. En realidad cada molécula de NADH contribuye a formar entre 2 y 3 moléculas de ATP, mientras que cada FADH2 contribuye a un máximo de 2 moléculas de ATP.

via de las pentosas fosfato

Ruta de degradación con función de biosíntesis: proporciona NADPH y ribosa-5-fosfato para reaccionesde biosíntesis, pero también puede degradar glucosa, o pentosas de los nucleótidos procedentes de la hidrólisisde los ácidos nucleicos de la dieta, hasta CO2 y agua. Tiene dos fases:La fase oxidativa genera por cada molécula de glucosa; 2 moléculas de NADPH, 1molécula deribulosa-5-fosfato y una molécula de CO2. Consta de tres reacciones:

Reacción 1. Oxidación de la glucosa-6-fosfato a 6-fosfogluconolactona (glucosa-6-fosfato deshidrogenasa)

Reacción 2. Hidrólisis de la lactona a fosfogluconato (lactonasa).

Reacción 3. Descarboxilación oxidativa a ribulosa-5-fosfato (6-fosfogluconato deshidrogenasa).

La oxidación del grupo hidroxilo origina un β-cetoácido que se descarboxila con facilidadLa fase no oxidativa convierte 3 azúcares fosfato de 5 carbonos en 2 azúcares fosfato de 6 carbonos y 1 azúcarfosfato de 3 carbonos
Isomerización y epimerización de la ribulosa 5-fosfatoLas reacciones de la ribulosa 5-fosfato isomerasa y epimerasa tienenlugar con intervención deintermediarios enediol. En la reacciónde la isomerasa, una base situada en elenzima elimina un protón de C1 deRu5P a fin de formar un 1,2-enediolatoy después adiciona un protón a C2 paraformar R5P. En la reacción de laepimerasa, una base situada en elenzima elimina un protón en C3 paraformar un 2,3-enediolato. Acontinuación se añade un protón almismo átomo de carbono pero coninversión de la configuración pararendir Xu5P3Diagrama esquemático simplificado que muestra laruta de seis pentosas (5C) a cinco hexosas (6C).Balance global3 glucosa 6-P + 6 NADP+ + 3 H2O → 2 fructosa 6-P + gliceraldehído 3-P + 6 NADPH + 6 H+ + 3 CO2Esquema de las reacciones no oxidativas de la ruta de las pentosas fosfato. Estas reacciones conviertenpentosas fosfato de nuevo en hexosas fosfato, permitiendo que continúen las reacciones de oxidación.Los enzimas transaldolasa y transcetolasa son específicos de esta ruta; los otros enzimas tambiénactúan en las rutas glucolítica o gluconeogénica. Cada reacción es reversible; las flechasunidireccionales sólo se utilizan para clarificar la dirección durante la oxidación constante de laglucosa 6-P.4La rotura de un enlace carbono-carbono deja amenudo un par de electrones libre o carbanión en unode los productos y la fuerte tendencia del carbanión aformar un nuevo enlace da lugar generalmente a unintermedio inestable. El anillo de tiazolio de la TPPestabiliza el intermedio carbanión al proporcionar unaestructura electrofílica (deficiente en electrones) en laque los electrones del carbanión pueden deslocalizarsepor resonancia. A las estructuras con estaspropiedades se las llama frecuentemente “sumiderosde electrones”La transcetolasa utiliza como coenzima al pirofosfatode tiamina con objeto de estabilizar el carbaniónformado en la ruptura del enlace C2-C3 de la Xu5P.La reacción ocurre con los siguientes pasos:1) Ataque nucleofílico del radical TPP al carbonocarbonilito y posterior protonación.2) desprotonación de C3 y rotura del enlace C2-C3,que da como productos G3P y el enzima unido a 2-(1,2-dihdroxietil)-TPP, que es un carbaniónestabilizado por resonancia.3) El carbanión C2 ataca al carbono aldehído de laR5P formando un aducto S7P-TPP.4) Se elimina TPP con producción de S7P.5El centro activo de la aldolasa (clase I), esta formadopor un residuo de lisina para formar una base deSchiff con el carbono carbonilo, un residuo de cisteinaque acepta un protón del grupo hidroxilo en el C4, quelo devuelve a un residuo de histidina tras la rupturaentre C3 y C4Mecanismo de reacción1) El grupo ε-amino del resto de Lys forma unabase de Schiff con el grupo carbonilo de 7SP.2) Se forma un carbanión en C3 que es una base deSchiff estabilizada, en la ruptura aldólica entre C3y C4 que elimina E4P.3) El carbanión estabilizado por resonancia unidoal enzima se adiciona al átomo de C carbonilico deGAP formando F6P ligado al enzima a través deuna base de Schiff.4) La base de Schiff se hidroliza regenerando elenzima activo y se libera F6P.

enfermedad de andersen

Nombre de la enfermedad y sinónimos
La enfermedad de Andersen es una enfermedad metabólica rara hereditaria, autosómica recesiva infrecuente. También se denomina enfermedad por déficit de enzima ramificante, amilopectinosis o Enfermedad por depósito de glucógeno de tipo IV.
Causas - Etiología
Esta enfermedad esta causada por el déficit de actividad de una enzima del metabolismo del glucógeno, lo que ocasiona una acumulación de glucógeno. Se puede diagnosticar prenatalmente determinando el nivel de actividad de la enzima dentro de la célula del líquido amniótico.
Datos relevantes

La clínica se caracteriza por presentar cirrosis hepática progresiva que comienza a manifestarse en los primeros 18 meses de vida con hepatoesplenomegalia y retraso del desarrollo. La cirrosis sigue un curso progresivo originando hipertensión portal, ascitis, varices esofágicas e insuficiencia hepática. Existe una forma neuromuscular de la enfermedad por deposito de glucógeno tipo IV, estos niños presentar hipotonia grave y afectación neuronal. El diagnóstico definitivo requiere la determinación de la actividad de la enzima. Los pacientes tienen un mal pronóstico, y suelen fallecer a partir de los 5 años.
Especialidad médica que la trata
Endocrinólogos, Pediatras e Internistas.

enfermedad de pompe

Enfermedad genética discapacitante que afecta el sistema muscular
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Es una enfermedad rara y genética de las llamadas enfermedades lisosomales que afecta a niños y adultos, ocasionando debilidad muscular progresiva y dificultades respiratorias.
La calidad de vida de los pacientes afectados por la Enfermedad de Pompe se ve muy limitada ya que en ocasiones son personas que no pueden ser productivas pues los síntomas de la enfermedad no les permiten realizar una vida normal, generalmente son pacientes que requieren cuidados y atención de tiempo completo.
Se estima que existen entre 3 mil y 5 mil personas en el mundo con la enfermedad de Pompe.
La gravedad puede variar ampliamente dependiendo de la edad de inicio y de lo afectado que se encuentren los músculos y órganos.
Cuando se nace con esta enfermedad, se hereda la deficiencia de una enzima conocida como alfa-glucosidasa ácida (GAA). Las enzimas, son moléculas de proteína y existen dentro de las células, una de sus funciones es la de facilita las reacciones bioquímicas en el cuerpo.
La enzima GAA se localiza en unas vesículas de la célula llamadas lisosomas y ayudan en la descomposición del glucógeno, que es una molécula compleja formada por unidades de azúcares. En la enfermedad de Pompe la actividad de GAA es muy baja o inexistente, lo que ocasiona que el glucógeno lisosómico no sea degradado eficientemente y se acumule de forma excesiva.
Por lo general, el corazón, el hígado y la lengua se agrandan con esta enfermedad, debido a la acumulación severa de glucógeno en sus tejidos.
En la variante infantil, los niños y niñas afectados, por lo general no alcanzan ciertas metas de desarrollo como sentarse solos, gatear o caminar aunque su desarrollo mental no se afecta. La mayoría de ellos necesitará eventualmente de la ayuda de ventilación mecánica para poder respirar.
Por el daño progresivo al corazón y los músculos respiratorios, la mayoría de los niños afectados, por lo general mueren de fallos cardio-respiratorios, durante el primer año de vida.
En la Variante juvenil o tardía adulta, la enfermedad de Pompe se puede presentar con una gran diversidad de síntomas. En muchos casos las primeras manifestaciones pueden ser la dificultad para caminar o subir escaleras debido a la debilidad muscular progresiva que afecta principalmente el tronco y las extremidades inferiores.
El diagnóstico de la enfermedad es muy importante, ya que los síntomas de esta variante de la enfermedad de Pompe, pueden parecerse a los de varios tipos de distrofias musculares, como son: Atrofia Muscular Espinal, Enfermedad de Danon, Miocardiopatía Hipertrófica Idiopática, Distrofia Muscular de Duchenne, Distrofia Muscular de la cintura pélvica y escapular, entre otras.

cadena transportadora de electrones

1 Introducción
2 La Mitocondria
3 Transporte Mitocondrial
4 La Cadena Transportadora
4.1 NAD+ y NADP+
4.2 Flavoproteínas
4.3 Ubiquinona
4.4 Proteínas Ferro-sulfuradas
4.5 Citocromos
5 Complejos de la Cadena Transportadora
5.1 Complejo I
5.2 Complejo II
5.3 Complejo III
5.4 Complejo IV
6 Síntesis de ATP
6.1 ATP-Sintasa
6.1.1 EL Componente F0
6.1.2 El Componente F1
6.2 Catálisis Rotacional
//
Introducción
Luego que la glucosa u otros intermediarios metabólicos pasan a través de Glicolisis y/o el Ciclo del Krebs, tenemos que la ganancia neta de la Glicólisis es de 2 ATP, y en el ciclo de Krebs sólo obtenemos 1 ATP de ganancia. Recordemos la ecuación de oxidación total de glucosa por combustion:
, ΔGº= 2840 kJ/mol
y recordando además que un ATP entrega aproximadamente 30 kJ/mol, hemos recuperado 90 kJ/mol de un potencial energético sobre 2800 kJ/mol... entonces, la pregunta es:
¿De dónde obtenemos las cantidades de energía necesarias para sobrevivir?
Si analizamos brevemente la ecuación de combustión, sera evidente que la ecuación nos indica que los electrones pasaron directamente a O2 reduciendolo a H2O, pero esta reaccion no ocurre en forma tan directa en la naturaleza y los 12 pares de electrones que se liberaron en la oxidación de la glucosa no se transfieren directamente al oxígeno, sino que se transfieren a las coenzimas NAD+ y FAD para formar NADH y FADH2 respectivamente. De ésta manera:

Estructura de NAD

Estructura de FAD
Reducen
Enzimas
NAD+
Gliceraldehido-3-fosfato deshidrogenada
Complejo de la Piruvato deshidrogenasa
Isocitrato deshidrogenasa
α-cetoglutarato deshidrogenasa
Malato deshidrogenasa
FAD
Succinato deshidrogenasa
Luego de la Glicólisis y del ciclo de Krebs, los electrones pasa a la cadena transportadora de electrones, un sistema de transportadores de electrones ubicado en la membrana interna mitocondrial, que actuan secuencialmente. La cadena de transportadores puede ser descrita como un gran proceso de 3 eventos, que son:
Transferencia de los electrones del NADH y FADH2 a otras sustancias, donde finalmente se reoxidan a NAD+ y FAD para seguir participando en mas reacciones redox.
Los electrones transferidos participarán en la oxidación-reducción secuencial de +10 centros redox en 4 complejos enzimáticos, antes de reducir el O2 a H2O.
Durante la transferencia de los electrones, los H+ liberados por las coenzimas, serán expulsados de la matriz mitocondrial al espacio intermembrana, y creando una gradiente entre ambas. Finalmente, la ΔG de ésa gradiente electroquímica conducirá la síntesis de ATP a partir de ADP y Pi a través de la fosforilación oxidativa.

La Mitocondria
La mitocondria es el sitio del metabolismo oxidativo eucariótico

Estructura de la Mitocondria
Estructura de la Mitocondria
Estructura
Características
Membrana Externa
Permeable a moléculas pequeñas e iones. Posee canales de porina
Membrana Interna
Impermeable a la mayoría de moléculas pequeñas e iones, incluso H+ (permeable a O2, CO2 y H2O).
Tiene:
Cadena de transporte de electrones
ADP-ATP translocasa
ATP-sintasa
otros transportadores
Matriz mitocondrial
Tiene:
Complejo de la Piruvato deshidrogenasa
Enzimas del Ciclo de Krebs
Enzimas de la β-oxidación
Enzimas de oxidación de Aminoácidos
ADN, ribosomas
otras enzimas
ATP, ADP, Pi, Mg2+, Ca2+, K+
otros intermediarios metabólicos solubles

Transporte Mitocondrial
Puesto que la membrana interna es practicamente impermeable a cualquier metabolito, se genera una gradiente iónica (fuerza protón-motriz) que resulta en la compartimentalización de funciones metabolicas entre el citosol y la mitocondria, por tanto, se requieren sistemas que permitan ingresar metabolitos hacia la matriz. Existen 4 formas de hacerlo, 2 formas mediante enzimas y las 2 restantes como sistemas mas complejos denominados "shuttle" o lanzaderas.
ADP-ATP translocasa
Fosfato translocasa
Shuttle malato-aspartato: Es el shuttle mas activo en las mitocondrias del hígado, corazón y pulmón. El Oxaloacetato citosólico se reduce a malato y entra a la matriz por un transportador (carrier), donde se reoxida a oxaloacetato y se transamina a Aspartato que sale de la matriz para convertirse nuevamente en oxaloacetato.

Shuttle Glicerol-fosfato: Este shuttle cede los equivalentes de reducción desde el NADH a la ubiquinona y de ella al Complejo III. La 3-fosfoglicerol-deshidrogenasa cataliza la oxidación de NADH del citosol por dihidroxiacetaona-fostafo para asi obtener NAD+, que volverá a la glicólisis. De ésta forma, los electrones del 3-fosfoglicerol resultante se llevarán a la flavoproteína-deshidrogenasa para formar FADH2, la que suministra electrones directamente a la cadena transportadora.

La Cadena Transportadora
La cadena transportadora consiste de una serie de transportadores que actúan secuencialmente y que están unidos a la membrana interna. Los transportadores son proteínas integrales de membrana con grupos prostéticos capaces de aceptar y/o donar 1 o 2 electrones.
Los transportadores realizan 3 tipos de transferencias en todo éste proceso:
Transferencia directa de electrones (asociada a metales)
Transferencia de átomo de hidrógeno → H+ + e-
Transferencia de ión hidruro → H- (H+ + 2e-)
Existen 5 tipos de moléculas transportadoras de electrones en éste proceso:
NAD+ y NADP+
Flavoproteínas
Ubiquinona
Proteínas Ferro-sulfuradas
Citocromos

NAD+ y NADP+

NAD+

NADP+
La mayor cantidad de electrones es provisto de las enzimas de tipo deshidrogenasas, presentes en las vías catabólicas, y los envían a nucleótidos de amina o flavina.
NAD+ y NADP+ son carriers electrónicos solubles que pueden acoplarse reversiblemente a las deshidrogenasas, y que son incapaces de atravesar la membrana interna mitocondrial, pero son capaces de aportar sus electrones a la cadena transportadora de manera indirecta.
El NADH lleva sus electrones al Complejo I o NADH-deshidrogenasa, y el NADPH otorga electrones a variadas reacciones anabólicas en nuestro organismo.
Reacciones catalizadas por éstas coenzimas:


Si observan atentamente las ecuaciones, verán que tanto NAD+ y NADP+ son aceptoras de grupos hidruros (H-)

Flavoproteínas

FAD

FMN
Son proteínas que poseen flavin-mononucleotidos (FMN) o Flavin-adenin-dinucleotido (FAD) unidos de forma covalente a su sitio activo. El nucleótido de flavina oxidado puede aceptar 1 o 2 electrones, como semiquinona o FMNH2/FADH2 respectivamente. La transferencia electronica ocurre, puesto que la proteína tiene un potencial de reducción mayor que el del compuesto oxidado.
Las flavoproteínas pueden actuar como intermediarios entre reacciones en las que se donan 2 electrones (como deshidrogenaciones) o 1 electrón (cómo la reducción de quinona a hidroquinona).

Ubiquinona

Ubiquinona. El isoprenoide se muestra entre corchetes
También llamada coenzima Q (CoQ o simplemente Q), la ubiquinona es una benzoquinona con una larga cadena lateral isoprenoide.
Su nombre viene del inglés UBIquitous QUINONE (Quinona ubicua u omnipresente)
Transformaciones químicas de la Ubiquinona:
Estructura
Nombre

Forma oxidada de la Ubiquinona, también conocida como CoQ. Cómo la imagen mostrada tiene 3 unidades isoprénicas, ésta ubiquinona sería de tipo Q3.
En mitocondrias humanas, la ubiquinona mas comun es la de tipo Q10

Cuando la ubiquinona acepta 1 electon o equivalente de reducción, se transforma en un radical libre llamado semiquinona (Q. o QH).
A pesar de lo que se muestra, cualquiera de los dos oxigenos unidos al anillo bencénico (en forma de grupo carbonilo) puede aceptar ése electrón.

Si la ubiquinona es reducida por 2 electrones o equivalentes de reducción, se transforma en ubiquinol (QH2), transformando sus dos grupos carbonilos en grupos hidroxilos.
La ubiquinona puede actuar como puente entre un dador de 2 electrones y un aceptor de 1 electron, además, puesto que Q es una molécula pequeña e hidrofóbica, puede difundir a través de la membrana interna mitocondrial y actuar como una lanzadera (shuttle) de equivalentes de reducción entre otros transportadores menos móviles.

Proteínas Ferro-sulfuradas
Son proteínas que contienen Fe3+ asociado con azufre (S), sea éste inorgánico o como el encontrado en las cadenas laterales de Cisteina (Cys)...
Van de formulas sencillas donde participa 1 átomo de Fe3+, hasta motivos mas complejos donde actúan mas de 4 átomos de Fe3+.
Imagen
Descripción
imagen
Centro de 1 Fe. Los enlaces a S corespondientes a Cys, no se nombran.
imagen
Centro de 2 Fe-2S
imagen
Centro de 4Fe-4S
Proteínas de Rieske: variantes de las proteínas ferro-sulfuradas, dónde el Fe3+ se agrupa a 2 residuos de Histidina, en vez de Cisteina.
En la transferencia electrónica mitocondrial, actúan al menos 8 proteínas ferro-sulfuradas.

Citocromos
Los citocromos son proteínas que presentan un cofactor Hemo (Fe3+).
Existen 3 tipos de citocromos de interés en ésta etapa: citocromo a, citocromo b y citocromo c, los que son distinguibles por sus diferencias en el espectro de absorción de luz.
Tipo de Citocromo
Imagen Grupo Hemo
λmax
Citocromo a

600 nm
Citocromo b

560nm
Citocromo c

550nm
En los citocromos a y b, los cofactores Hemo están unidos fuertemente, pero no covalentemente con la proteína, mientras que en el citocromo c, el grupo hemo se une de forma covalente con la proteína mediante residuos de Cys.
El Potencial de reducción del Fe3+, en el grupo Hemo de los citocromos, depende de la interaccion con las cadenas laterales de la proteína, por lo que es diferente para cada citocromo.
El citocromo a y b son proteina integrales de la membrana interna de la mitocondria, mientras que el citocromo c de las mitocondras es soluble, y se asocia de forma electrostática con la parte externa de la membrana interna.

Complejos de la Cadena Transportadora
Esquema de la Cadena Transportadora


Complejo I

Nombre
NADH Deshidrogenasa
NADH:ubiquinona óxido-reductasa
Masa Molar
850 kDa
Subunidades Proteicas
43
Grupos Prostéticos
FMN, centros Fe-S
Inhibidores
Amital
rotenona
Pieridicina A
Este complejo cataliza dos procesos simultáneos acoplados:
1.- Transferencia de hidruro y un protón a la ubiquinona. , ΔG = -
2.- Transferencia de 4 protones desde la matriz al espacio intermembrana (ΔG = +)
El complejo I es una bomba de protones, impulsada por la transferencia electrónica que cataliza una reacción vectorial.(mueve protones en una dirección específica desde un lugar a otro)
Reacción Global del Complejo I:
Los inhibidores del complejo actúan bloqueando el paso de electrones en los centros Fe-S.
El ubiquinol (QH2) difunde por la membrana del complejo I al complejo III, donde se exida a Q, en un proceso acompañado de la salida de electrones.

Complejo II

Nombre
Succinato Deshidrogenasa
Masa Molar
140 kDa
Subunidades Proteicas
4
Grupos Prostéticos
FAD, centros Fe-S
Inhibidores
Es la única proteína periférica de éste proceso (está adherida hacia el lado interno de la membrana interna, o sea, hacia la matriz) y forma parte del ciclo de Krebs.
Posee 4 subunidades: 2 subunidades hacia la matriz: A y B (en la imagen, de amarillo y azul respectivamente) y 2 subunidades integradas en la membrana: C y D (en la imagen, de violeta y rojo respectivamente.
Ésta enzima transpasa electrones desde el succinato a la ubiquinona (Q), a traves de 1 molécula FAD, 3 centros Fe-S y un citocromo b.
Los complejos I y II no operan en secuencia, pero logran el mismo objetivo, traspasar electrones a la ubiquinona, desde sustratos reducidos.

Complejo III

Nombre
Ubiquinona-citocromo C oxido-reductasa
Masa Molar
250 kDa
Subunidades Proteicas
11
Grupos Prostéticos
Hemos, Fe-S
Inhibidores
Antimicina A
Transfiere electrones desde QH2 (ubiquinol) a citocromo C, junto al transporte vectorial de protones (H+) desde la matriz al espacio intermembrana, por un proceso denominado Ciclo Q.
Ciclo Q: modelo de paso de electrones y protones a través del Complejo III, en 2 Ciclos. La esencia del ciclo Q es que QH2 pasa por una reoxidación bicíclica en donde QH (semiquinona) será un intermediario estable.
Reacción del primer ciclo:
En el primer ciclo, QH2 del complejo 1 se une al sitio Qo donde transfiere 1 electron a la proteína ferro*sulfurada, librerando 2 H+ al espacio intermembrana y formando QH
La proteína ferro-sulfurada reduce el cit.C1 y QH transfiere sus electrones al cit.BL, formando Q. El cit.BL reducirá el cit.BH.
El Q formado es liberado del sitio Qo, y se une al sitio Qi, dónde adquire el electrón del cit.BH, formandose QH.
Reacción del segundo ciclo
En el segundo ciclo, otra molecula de QH2 proveniente del Complejo I, pasa por el proceso anterior, luego 1 electron reduce la proteína Fe-S y el cit.C1. El otro electrón reduce secuencialmente el cit.BL y el cit.BH. Éste segundo electrón reduce el QH del primer ciclo, formando QH2. Los prorones consumidos en éste ultimo paso fueron originados de la matriz.
Reacción Global del Ciclo Q:
De ésta manera, por cada 2 moléculas de QH2 que entran al ciclo Q, se regenera 1 QH2

Complejo IV

Nombre
Citocromo Oxidasa
Masa Molar
160 kDa
Subunidades Proteicas
13
Grupos Prostéticos
Hemos, CuA, CuB
Inhibidores
CN- (cianuro) Monoxido de Carbono
Transporta electrones desde el citocromo C a O2(Oxígeno molecular) formando H2O. Los electrones transportados siguen el siguiente camino:
Citocromo C → CuA → Hemo A → HemoA3-CuB → O2
Por cada 4 electrones que pasan por el complejo, la enzima consume 4H+ de la matriz, reduciendo el O2 en H2O, y usa la energía de ésta reacción pasando un H+ al espacio intermembrana por cada electron que pasa por ella.
Reacción Global del Complejo IV:
Los intermediarios se amntienen fuertemente unidos la complejo hasta que se convierten completamente en H2O, y evitar la formación de radicales libres de oxígeno.
De ésta forma, la ecuación vectorial dada por todo el proceso de la cadena transportadora es :
La energía almacenada por éste gradiente, llamada fuerza protón-motriz, tiene 2 componentes:
Energía Química Potencial: dada por la diferencia en las concentraciones de protones a ambos lados de la membrana interna
Energía Eléctrica Potencial: originada con la separación de cargas, cuando un H+ cruza la membrana interna sin un contraión.
Síntesis de ATP

Teoría Quimiosmótica: La ΔG del transporte de electrones es conservada al bombear protones desde la matriz al espacio intermembrana para crear un gradiente electroquímico de H+ a través de la membrana interna. El potencial electroquímico de ésta gradiente se acopla a la síntesis de ATP.
Observaciones explicadas por la teoría quimiosmótica
La fosforilación oxidativa requiere una membrana interna intacta.
La membrana interna es impermeable a iones como H+, OH-, K+, Cl-, cuya difusión libre reduciría la gradiente electroquímica.
El transporte de electrones resulta en el transporte de H+ fuera de la mitocondria intacta (el espacio intermembrana es equivalente al citosol), creando una gradiente electroquímica medible a través de la membrana interna.
Los compuestos que incrementan la permeabilidad de la membrana interna a los H+ y disipan la gradiente, además, permiten que el transporte de electrones continúe, pero inhiben la síntesis de ATP, es decir, desacoplan el transporte de electrones de la fosforilación oxidativa. Al contrario, incrementando la acidez en el espacio intermembrana, la síntesis de ATP es estimulada.

ATP-Sintasa
La ATP-sintasa es una ATPasa de tipo F que contiene 2 componentes:
F0: Canal de H+ transmembrana hidrofóbico que contiene al menos 8 subunidades proteicas (la zona de azules y violetas en la imagen)
F1: Proteína periférica hidrosoluble, compuesta de 5 tipos de subunidades (la zona roja en la imagen).

EL Componente F0
Su estructura no se conoce en detalle.
Utilizando DCCD, un reactivo hidrofóbico, se bloquó el transporte de protones de F0 reaccionando con un residuo Glu (Acido Glutamico, Glutamato a ph 7) en alguna subunidad de F0. Ésta reaccion inplica que un grupo carboxilo se encuentra en un ambiente lipídico, o sea, está contenido en la membrana.
Los mamíferos contienen 6 copias de proteínas ligadas a DCCD en su F0, que se cree se asocian como un barril, formando el canal de transporte de H+ polar que contiene residuos Glu.

El Componente F1
Posee una composición proteica de tipo α3 β3 γ δ ε
El arreglo cíclico y las estructuras similares de las subunidades α y β, le otorgan a ambas, simetría rotacional.
Sin embargo, la proteína es asimétrica debido a la presencia de la subunidad γ, y además porque cada par de α y β adoptan conformaciones diferentes, cada una con una distinta afinidad por el sustrato.
La subunidad β ctliza la síntesis de ATP, aunque la subunidad α también se adhiere al ATP.
Las diferencias en la conformación de β son diferentes en los sitios de unión ATP/ADP. Ésta diferencia en la unión de nucleótidos en las 3 subunidades, son esenciales en el mecanismo del complejo.
Las conformaciones que adopta son las siguientes: β-ATP; β-ADP; β-vacía

Catálisis Rotacional
Los 3 sitios activos de F1 se alternan en la síntesis de ATP.
El mecanismo de síntesis de ATP, puede ser descrito en 3 pasos:
Translocación de H+ por F0.
Catálisis de Formación del enlace fosfoanhidrido del ATP por F1.
Acoplamiento de la disipación de la gradiente protónica con la síntesis de ATP, que requiere la interacción de F1 y F0.
De acuerdo al mecanismo propuesto por Boyer, F1 tiene 3 protómeros catalíticos interactuantes (subunidades αβ), cada uno en un estado conformacional diferente: Uno que se une al sustrato y producto débilmente, llamado Estado L (loosely); otro que se une a éstos fuértemente, llamado Estado T (tight); y otro que no se une a ellos, llamado Estado O (open).