FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

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BIOENERGÉTICA = La fuente primaria de energía para todas las formas de vida es la radiación solar. A partir de como es la 
utilización de la misma se diferencian organismos: 
● Fototrofos: absorben la energía luminosa del sol y la utilizan para dirigir los electrones desde el agua al dióxido de carbono, 
dando lugar a compuestos ricos en energía. 
● Quimiotrofos: utilizan la energía química contenida en las moléculas formadas por los organismos anteriores. 
- Las 686 kcal (2870 kJ) necesarias para sintetizar una molécula gramo de la hexosa (180g) son provistos por la radiación solar. En 
un mol de glucosa se incorporan 686 kcal, que pueden ser aprovechadas por organismos capaces de degradar la glucosa y de utilizar 
la energía liberada en el proceso. 
 
Los organismos aerobios → alcanzan la mayor eficiencia en el aprovechamiento de la energía contenida en las moléculas aportadas 
por los alimentos = la oxidación de esas moléculas constituyen el principal mecanismo para liberar esa energía. 
REACCIONES DE OXIDOREDUCCIÓN 
OXIDACIÓN 
Combinación de un elemento o compuesto con oxígeno = importa una pérdida de electrones o una pérdida de 
hidrógeno 
REDUCCÓN Pérdida de oxígeno por parte de la combustión = implica una ganancia de electrones o ganancia de hidrógeno 
*Combustión = reacción química de oxidación que transcurre rápidamente y con gran desprendimiento de energía (calor y luz). 
-Sustancia oxidante: sustancia capaz de tomar electrones de otro. 
-Sustancia reductora: sustancia capaz de ceder electrones de otra. 
-Agente oxidante: elimina los electrones de otra sustancia y los toma para sí (ejemplo: oxígeno). 
-Agente reductor: sustancia que cede electrones y por consiguiente ocasiona que otra sustancia se reduzca. 
 
*Potenciales de reducción estándares = potencial eléctrico, establecido para cada reacción, que mide la energía potencial por 
carga eléctrica y proporciona una medida de la fuerza impulsora para que ocurra la semireacción. Mientras más positivo sea el 
potencial de reducción, mayor será la fuerza impulsora para que se produzca la reacción de reducción en condiciones estándar. 
OXIDACIONES BIOLÓGICAS = los sustratos oxidados en el organismo se producen por un proceso de deshidrogenación donde 
los hidrógenos sustraídos al sustrato se unen finalmente a oxígeno molecular para formar agua. 
 
En los procesos biológicos → los hidrógenos sustraídos al sustrato no son directamente oxidados por el oxígeno sino transferidos, 
en etapas sucesivas, a distintas sustancias aceptaras de potencial de reducción creciente = la energía es libera en forma fraccionada 
para ser captada por la célula. 
 
 
 
 
CADENA RESPIRATORIA = conjunto de aceptores (enzimas) distribuidas en la membrana interna de las mitocondrias (según 
un gradiente de potencial) que intervienen en la transferencia gradual de hidrógenos sustraídos al sustrato interviniendo en las 
oxidaciones biológicas. 
 
La cadena respiratoria comprende una serie de etapas→ durante todo el recorrido, los electrones fluyen naturalmente en el sentido 
que les fija el desnivel en el potencial de reducción de los aceptores. 
Transferencia de equivalentes de reducción = deshidrogenación de 
sustratos oxidables que se producen en la matriz mitocondrial (no forman 
parte de la cadena respiratoria) en reacciones catalizadas por enzimas 
específicas cuya coenzima es un nucleótido de nicotidamida = NAD 
(nicotidamida adenina dinucleótido) y NADP (nicotidamina adenina 
dinucleótido fosfato). 
En su estado reducido estas coenzimas se encuentran unidas a un hidrógeno y a un electrón; de los dos hidrógenos cedidos por el 
sustrato queda un protón en el medio → la porción nicotidamida de la molécula actúa como aceptora de hidrógeno y electrones. 
Componente de la cadena respiratoria → conjunto de aceptores y transportadores de equivalentes de reducción, incluidos en la 
membrana interna de las mitocondrias 
Flavoproteínas 
Tienen flavina como grupo prostético firmemente unido. Podemos encontrar: FMN (flavina mononcleótido) y 
FAD (flavina adenina dinucleótido) 
Centros Fe-S 
Son centros ferrosulfurados o sulfoférricos que poseen hierro no hemínico. Los átomos de S se separan fácilmente 
como ácido sulfhídrico por tratamiento de ácidos fuertes, luego, cada átomo de hierro capta un electrón y pasa 
del estado férrico al ferroso en forma reversible. 
Coenzima Q 
También llamada ubiquinona = benzoquinona con una larga cadena formada por diez unidades isopreno. Es el 
único aceptor de la cadena respiratoria no unido a proteínas. Actúa como un portador móvil de electrones 
Citocromos 
Hemoproteínas con capacidad para aceptar electrones. El átomo de hierro del hemo capta un electrón, pasando 
del estado óxido al reducido. Existen varios tipos. 
Complejos de la cadena respiratoria 
Complejo I 
NADH-ubiquinona reductasa = por intermedio de NAD, recibe hidrógenos de sustratos oxidados por 
deshidrogenasa ligadas a esa enzima 
Complejo II 
Succinato-ubiquinona reductasa = posee un grupo prostético FAD y tres centros Fe-S. Transfiere equivalentes 
de reducción desde succinato a coenzima Q. 
Complejo III Ubiquinona-Citocromo C reductasa = transfieren electrones desde ubiquinona a citocromo c. 
Complejo IV Citocromo oxidasa = catalizan reducciones de O2 a H2O 
 
 
 
FOSFORILACIÓN OXIDATIVA = producción de ATP utilizando energía liberada durante el transporte de electrones en la 
cadena respiratoria. 
Cuando un sustrato es oxidado en reacciones catalizadas por enzimas que utilizan NAD, éste transfiere los equivalentes de 
reducción al primer componente de la cadena por acción de la NADH deshidrogenasa; desde allí recorre todos los aceptores 
intermediarios hasta producir finalmente una molécula de agua. → Hay una disminución total de la energía libre, la cual se 
fracciona en una serie de etapas = en tres de estas se produce suficiente liberación de energía como para acoplar a cada una la 
formación de un enlace fosfato de alta energía. 
 − Transferencia de hidrógenos desde NADH a CoQ = Complejo I 
 − Cesión de electrones en la ubiquinona-citocromo = Complejo III 
 − Reacción de la citocromo-oxidasa = Complejo IV 
 
Mecanismo de la Fosforilación oxidativa = abarca el proceso de transducción de energía a partir del mecanismo de acoplamiento 
entre transferencia de electrones y síntesis de ATP = involucra la transmisión de la energía producida durante el transporte 
electrónico al sitio de Fosforilación y la utilización de la energía para la síntesis de ATP. La mayor parte del ATP es sintetizada por 
la actividad de una enzima localizada en la membrana mitocondrial interna, la ATP sintasa, constituida por la asociación de dos 
complejos proteicos: 
− F1= partículas sumitocondriales → formaciones esferoidales unidas por un tallo a la faz de la membrana que mira a la matriz. 
Compuesto por 9 subunidades. 
 − F0 = tallo implantado en la base del complejo 
Hipótesis sobre el mecanismo de Fosforilación oxidativa 
Hipótesis 
química 
Postula la formación de un intermediario químico de alta energía, muy inestable, entre la cadena respiratoria y 
la síntesis de ATP. 
Hipótesis 
conformacional 
Sostiene que el proceso de transducción de energía se realiza a través de proteínas capaces de sufrir cambios 
conformacionales responsables de transferir energía de los sistemas redoz a la síntesis de ATP. 
Hipótesis 
quimio-osmótic 
a 
(es la más 
aceptada) 
Sostiene que simultáneamente con el procesos de transporte electrónico, en la cadena respiratoria se produce 
transferencia de protones desde la matriz mitocondrial hacia el espacio exterior a la membrana interna. De esta 
manera, el transporte de electrones se acopla con el bombeo unidireccional de protones, produce acumulación 
de hidrogeniones en el lado externo de la membrana y crea un gradiente electroquímico. Este potencial protón-
matriz tiende a regresar los protones hacia la matriz y como estos son impermeables a la membranadeben 
atravesar los canales de F0 de ATPsintasa. Así se produce una fuerza impulsora para la síntesis de ATP 
 
 
 
Acoplamiento de transporte de electrones y traslocación de protones = los dos electrones cedidos por NADH en el complejo I 
se unen a FMN para dar la formación de FMNH2 y se dirigen al complejo II donde se produce un pasaje de protones desde la 
membrana hacia el lado exterior de la membrana a través del complejo I. 
 
Luego en el complejo III (ciclo Q) la coenzima Q recibe los electrones de NADH o FADH y toma protones de la matriz 
convietiendose en CoQH2 para lo cual después cede un electrón y libera dos protones hacia el espacio intermembrana y se oxida 
completamente. 
En la etapa final de reducción de O2 los electrones son transportados por el complejo IV donde conduce los electrones hacia la 
superficie interna y allí los dona al oxígeno. También se produce una fuerza protón – motriz requerida para la formación de ATP. 
 Síntesis de ATP en el complejo F 0 F 1 = El flujo de protones ingresados al complejo F 0 desde el espacio intermembrana provee la 
 
 
energía necesaria para imprimir un movimiento de rotación al anillo de subunidades C. Como el tallo γ y el polipéptido ɛ están fijados 
al centro del anillo, rotan en él. Al girar el tallo γ en el centro del esferoide, se producen contactos que inducen cambios conformacionales 
y modifican la afinidad de los sitios catalíticos por sus sustratos y productos. El sitio activo de cada polipéptido β pasa sucesivamente 
por tres estados: abierto (A), laxo (L) y cerrado (C). 
ADP y pi pueden ingresar en el estado de “abierto” y de inmediato el sitio adquiere conformación “laxa”. Espontáneamente se produce 
una reacción sin gasto de energía y se forma ATP que es firmemente retenido en el estado “cerrado”. Posteriormente se vuelve a la 
forma “abierta”, con liberación de ATP al medio. 
 
Transporte de ATP-ADP = el ATP formado debe ser enviado al exterior de esas organelas, mientras los compuestos necesarios para 
regenerarlo (ADP y Pi) deben ingresar en la matriz = El transporte está a cargo de un translocador o sistema de Contratransporte que 
intercambia ATP de la matriz por ADP del exterior → el potencial de la membrana interna, positivo fuera y negativo dentro, impulsa el 
intercambio ATP 4-/ADP3-. 
Rédito en ATP de la Fosforilación oxidativa = la síntesis de una molécula de ATP requiere el flujo de 3 protones a través del complejo 
F0F1. Si se tiene en cuenta el requerimiento de un protón adicional para la traslocación de un ATP (intercambio ATP4-/ADP3-) y otro 
para el intercambio Pi-/OH-, se calcula un rendimiento de alrededor de 2,5 moléculas de ATP por cada par electrónico que recorre toda 
la cadena, desde NADH hasta O2. 
Sistemas conmutadores de hidrógeno = existen reacciones catalizadas por oxidorreductasas dependientes de NAD, que tiene lugar en 
el citosol. El NADH formado en esas reacciones no puede transferir directamente sus equivalentes de reducción a la cadena respiratoria 
debido a la impermeabilidad de la membrana mitocondrial → se utilizan sistemas lanzadera o conmutadores 
Conmutador 
glicerofosfato 
-Presente en músculo esquelético y cerebro 
- Los equivalentes de reducción contenidos en el NADH.H+ producido en el citoplasma son transferidos 
al oxalacetato para formar malato, en una reacción catalizada por la enzima malato deshidrogenasa 
citoplasmática. 
-Los equivalentes de reducción ingresan a la cadena respiratoria a nivel de la coenzima Q = rendimiento 
de 2 ATP por cada par de electrones. 
Conmutador aspartato-
malato 
-Muy activo en hígado, riñón y corazón. 
- los equivalentes de reducción del NADH.H+ citosólicos son transferidos a dihydroxiacetona fosfato 
para formar glicerol 3-fosfato, en una reacción catalizada por la glicerol 3-fosfato deshidrogenasa 
citoplasmática, que oxida al NADH.H+ del citosol 
-Los hidrógenos son recibidos en la matriz mitocondrial por NAD = se genera 3 ATP por cada par de 
equivalentes 
 
 
 
FOSFORILACIÓN A NIVEL DEL SUSTRATO = es una reacción química que se puede definir como la producción de ATP (o 
GTP) a partir de ADP (o GDP) combinada a una transformación enzimática de un sustrato, reacción en la que no está implicada la 
fosforilación oxidativa ni una ATP sintasa. Lo que generalmente ocurre es que un sustrato de alta energía fosfatado, cede su fosfato de 
alta energía al ADP.