FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

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como se dijo, a partir de los citocromos, solo permitirá el transporte de los electrones. Pero como cada
molécula de citocromo solo le permite transportar 1 electrón, y son dos los hidrógenos, es decir 2
electrones, entonces se necesitan de 2 Citocormo b para transportar los dos electrones. En conclusión:
Para que la CoQ, se pueda reoxidar, se necesitan que 2 moléculas de Cit b, entren oxidadas y salgan
reducidas, dejando los 2 protones en el medio.
5. Dos moléculas de Cit b reducidas, se oxidan por dos moléculas de Cit c1, que entran oxidadas y salen
reducidas.
6. Las dos moléculas de Cit c1 reducidas, se oxidan por dos moléculas de Cit c, que entran oxidadas y salen
reducidas.
7. Las dos moléculas de Cit c reducidas, se oxidan por dos moléculas de Cit a, que entran oxidadas y salen
reducidas
8. Las dos moléculas de Cit a reducidas, se oxidan por dos moléculas de Cit a3, que entran oxidadas y salen
reducidas.
9. Las dos moléculas de Cit a3 reducidas, se oxidan si ½ O2, entra, acepta los 2 electrones, que junto, con
el par de protones del paso 4 o Cit b, generan la molécula de H2O.
Cada vez que los electrones fluyen de una componente más electronegativa, a una más electropositiva, se
irá generando energía libre de Gibbs (Caidas energéticas), esa energía libre de Gibbs, se aprovechará
parcialmente para la fosforilación oxidativa.
Se puede calcular la variación de energía estándar a cualquier punto del sistema, o al sistema completo. En
el caso del sistema completo es: ∆ ′ = − ∙ ∙ ∆ ′
Donde:
n = número de electrones que fluyen en el sistema
f = Constante de Faraday, en Cal/V0 mol
ΔE0’= Es la expansión redox (Diferencia de potencial de oxidación-reducción entre el par dador al par
aceptor de electrones). ∆ = (−2) ∙ 23.062 ∙ 1.14
∆ = −52.585∆ = −52.6
1 3 4 5 6 9872
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-52.6 Kcal, sería la energía libre de Gibbs, cuando un par equivalente de electrones hacen cadena
respiratoria completa del NAD al oxígeno. La ecuación central de la fosforilación oxidativa dice:
ADP + Pi = ATP, si le se suministra +7.3 kCal (Reacción endergónica)
Se ha podido calcular que cuando en cadena respiratoria los equivalentes de reducción, están ligados al
NAD, por cada mol de NADH+H+, que haga cadena respiratoria completa, la energía libre liberada impulsa
en la fosforilación oxidativa, la formación de 2.5 moles de ATP, por lo tanto para producir esa cantidad de
ATP, se necesitan 18.25 kCal.
Del 100% de kCal liberada por todo el proceso que es 52.6kCal, se utilizaron 18.25, equivalente 34%.
Entonces aproximadamente el 34% de la energía libre de Gibbs liberada por el sistema, es el porcentaje
aprovechado por la fosforilación oxidativa, para producir ATP. El otro 66% de energía libre, es liberada en
forma de calor, la cual permite mantener la temperatura corporal del organismo.
No todos los equivalentes de reducción, están ligados al NAD, es el caso de la Succinato deshidrogenasa,
AcilCoA deshidrogenasa, Glicerol 3P deshidrogenasa, que están ligados al FAD. El FAD, es mucho más
electropositivo que el NAD, y como la condición es que debe ser creciente a los potenciales de oxidación
reducción, entonces el FAD, no puede entrar por la misma puerta que entra el NAD, por esta razón, el FAD,
ingresa a la cadena al nivel de CoQ, por esta razón la energía liberada es menor, y equivale 1.5 moles de
ATP, por mol de FAD.
La cadena respiratoria o cadena de transporte de electrones, es el
proceso (Termodinamicamente hablando) exergónico. Y la
fosforilación oxidativa es el proceso endergónico. Como la cantidad
de energía que se pierde en forma de calor, es lo que hace que el
proceso sea irreversible y por eso es que el flujo de los electrones
ocurre en una sola dirección, porque es un proceso altamente
exergónico. El ATP es la energía metabólica que es capaz de
desarrollar a trabajo a temperatura y presión constante.
Los componentes de las cadenas respiratorias que se encuentran
embebidos en la matriz mitocondrial se encuentran organizados en
complejos, Complejo I, Complejo II, Complejo III y Complejo IV. El
Complejo IV, es la fusión de la Cit a con la Citocromo oxidasa.
Inhibición de la cadena respiratoria.
 Inhibidores del complejo I: Piericidina A, Amobarbital (barbital), Rotenona (Veneno para peces). Si
se bloquea la cadena respiratoria, también se bloquea el Ciclo de Krebs, porque impiden la
reoxidación de las coenzimas reducidas.
 Inhibidores del Complejo II: Carboxina.
 Inhibidores del Complejo III: Antimicina A, Dimercarto propanol (Dimercaprol o BAL).
 Inhibidores del Complejo IV: Típicos inhibidores del complejo de la Citocromo oxidasa, monóxido
de carbono (CO), ácido sulfidrico, acida sódica.
Cuando existe un bloqueo de este tipo, la célula no puede respirar, por lo tanto muere en anoxia ictiotoxica.
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Desacopladores
También existen otras sustancias que desacoplan el transporte electrónico de la fosforilación oxidativa,
llamado desacopladores. En este caso, la célula sí puede respirar, pero no irá a producir ATP, porque toda
la energía libre que produce se libera en forma de calor. Son ejemplos de desacopladores el 2,4 dinitro
fenol, Dinitrocresol, m-clorocarbonilcianuro fenilhidrazona, este último es 100 veces más activa que el
primero. En presencia de un desacoplador, la célula incrementa el consumo de oxígeno pero no produce
ATP, porque no producir ATP, es sinónimo de la parálisis de las bombas iónicas ATPasa.
Fisiologicamente hablando, existen unas proteínas desacoplantes, que están relacionados con procesos de
termogénesis UCP1 y UCP2.
Los ionoforos, son sustancias lipofilicas, que abren canales para iones, como Gramicidina, Nigerinicina y
Valinomicina. La membrana mitocondrial interna es impermeable a iones.
3. FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
A través de la historia, han surgido hipótesis, tratando de explicar el mecanismo de la fosforilación oxidativa,
la primera hipótesis, fue la hipótesis química de fosforilación oxidativa, señalaba, el acoplamiento directo
de todas las fases del proceso, esto quiere decir que se planteaba la generación de compuesto macroérgico
que al hidrolizarse producían energía a partir del ATP, esta hipótesis no se pudo demostrar.
Posteriormente surge la hipótesis quimiosmótica, que plantea que el flujo electrónico, genera protones, la
cual será la energía producida por el transporte electrónica para impulsar una bomba protónica para sacar
protones de la matriz mitocondrial al espacio intermembranal, a través de la membrana de acoplamiento
la cual es la membrana interna. Entonces esto aumenta la concentración de protones en el espacio
intermembranal, la cual será mayor a la concentración de la matriz lo que genera un gradiente
electroquímicp, el cual será necesario, como fuerza impulsora para la síntesis de ATP. La evidencia
experimental que apoya la hipotesis es el mecanismo de los desacopladores, porque ellos son ionóforos
para protones, el 2,4 dinitrofenol, por ejemplo, abre canales intermembranales para permitir el paso de los
protones, para romper el gradiente electroquímico y evitar la síntesis de ATP.
La tercera hipótesis es acoplamiento conformacional, que dice que la energía libre de Gibbs producida por
el transporte electrónico es utilizada para inducir cambios conformacionales, en proteínas integrales, que
tienen que ver con el proceso de fosforilación, como lo son las ATPasa vectoriales.
El verdadero mecanismo de fosforilación oxidativa sea una conjugación entre el planteamiento quimiostatico
con el planteamiento del acoplamiento conformacional.
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Los componentes que enzimáticos que hacen parte de la cadena respiratoria estarán codificados por ADN
mitoncodrial, y otros por los que están codificados por el ADN nuclear, por eso en consecuencias se han
descrito miopatías mitocondrial que obedecen a deficiencia o ausencia de componentes enzimáticos de las
cadenas respiratorias, una de esas patologías es la Disfunción renal infantil fatal, esto no es compatible con
la vida, y está caracterizada por miopatía, encefalopatía, lactacidosis y destrucciónmitocondrial. Si el
problema de la miopatía está caracterizado por déficit de un componente enzimático de la cadena
respiratoria que es codificado por el ADN mitocondrial, el problema viene de la madre, ya que el ADN
mitocondrial es de herencia materna.
3.1 Rendimiento de la energía proveniente de la GLUCOSA.
1. La glucosa en la fase preparativa que se convierte en Fructosa 1,6 bifosfato, hay consumo de 2
moléculas de ATP
2. La Fructosa 1,6 bifosfato se rompe, dando dos tioesteres, los cuales son Dihidroxiacetona fosfato
y Gliceraldehido 3-P, los cuales son interconvertibles.
3. Despues el Gliceraldehido 3-P, sigue la ruta, convirtiéndose en 1,3 bifosfoglicerato, generando 1
mol de NADH+H+ por molécula de Gliceraldehido 3-P que entra, es decir en total son 2 moles de
NADH+H+.
4. El 1,3 BFG, sigue su conversión hacia Piruvato, genera 2 moles de ATP, por cada 1,3 BFG que se
oxida, pero como son dos moles de 1,3 BFG, en total se producen 4 moles de ATP.
5. Si el proceso es anaerobio, el Piruvato se transforma en lactato para reoxidar el NADH+H+.
6. Pero si el proceso aerobio, el NADH+H+, debe entrar a la mitocondria para poder ser reoxidado, y
logra entrar a la mitocondria gracias a lanzaderas Malato-Aspartato y lanzadera αGlicerol-P.
7. En la lanzadera Malato-Aspartato, el Oxaloacetato que alcanza el citosol, es reducido a Malato,
gracias a la Malato deshidrogenasa,
citoplasmática, la cual utiliza como dador
de hidrógenos al NADH+H+ producido en
la glicolisis.
8. El Malato entonces entra a la matriz
mitocondrial.
9. En la matriz, el Malato, vuelve y se oxida a
Oxaloacetato gracias la Malato
deshidrogenasa del Ciclo de Krebs,
produciendo NADH+H+. Se puede concluir
entonces, que el NADH+H+ que estaba en
el citosol, ahora se encuentra en la matriz
mitocondrial.
10. Como el Oxaloacetato no es permeable a la matriz mitocondrial, por eso se transamina por la
Aspartato aminotransferasa, con el concurso de glutamato que sale como αCetoglutarato.
11. El Aspartato sale de la matriz, llega al citosol,
12. En el citosol, el Aspartato se transforma en Oxaloacetato, gracias a la Aspartato amninotransferasa.
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13. En la lanzadera αGlicerol-P, la
Dihidroxiacetona-P, es reducida a Glicerol
3-P utilizando para ello, a la Glicerol 3-P
deshidrogenasa citoplasmática, la cual
está ligada al NADH+H+ producido en la
glicolis.
14. En la membrana de la mitocondria hay una
Glicerol 3-P deshidrogenasa, tiene el
centro activo mirando al citosol, el cual se
une con el Glicerol 3-P, y deshidrogena
para convertirse en Dihidroxiacetona-P.
15. Del lado interno en la matriz, quien acepta
los equivalentes de reducción es el FAD
que sale reducido en forma de FADH2.
Si utiliza la lanzadera, Malato-Aspartato, los equivalentes entraran a la matriz en forma de NADH+H+,
pero si utiliza la lanzadera de Glicerol-P, los equivalentes entraran en forma de FADH2.
1. Ahora para el Piruvato es transportado
a la matriz mitocondrial.
2. El complejo de la Piruvato
deshidrogenasa, transforma el
Piruvato en AcetilCoA, produciendo
NADH+H+, pero como son dos
moléculas de Piruvato que entraron,
entonces se produce 2NADH+H+.
3. El Piruvato reacciona con el
Oxaloacetato para entrar en el Ciclo de
Krebs, donde por cada par de
AcetilCoA que entre se producen 6
NADH+H+, 2 FADH2, 2 ATP por
fosforilación a nivel de sustrato.
4. Hay que recordar que los equivalentes de reducción producidos por la glicolisis, entran a la matriz
por la lanzadera, Malato-Aspartato.
Si utiliza la Lanzadera Malato-Aspartato:
 A cadena respiratoria y fosforilación oxidativa entrarían 10 moléculas en total de NADH+H+. Si
por cada mol de NADH+H+ se producen 2.5 moles de ATP, se tienen en total 25 moles de ATP
producidas por fosforilación oxidativa.
 Si se produjeron 2 FAH2, y se sabe que por cada mol de FADH2 se produce 1.5 moles de ATP,
se producen entonces 3 moles de ATP.
 Por fosforilación a nivel de sustrato en el Ciclo de Krebs se generaron 2 moles de ATP.
 Por fosforilación a nivel de sustrato en la glicolisis se produjeron 4 moles de ATP, de los cuales
se le restan 2 moles de ATP utilizados en la activación.
 En conclusión, cuando un mol de glucosa es oxidada y convertida a CO2 y agua, se producen
netamente 32 moles de ATP.
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