Fosforilación oxidativa

Fosforilación oxidativa
Dr. Octavio Loera Corral

Membrana externa Poros no específicos Permeable (10 KDa) Membrana interna 75% Proteínas (p/p) Impermeable (Excepto a O2, CO2 y H2O) Transportadores de: ATP, ADP, Piruvato,Ca2+, Pi

4 Complejos Multi-unidades Al menos 10 centros redox unidos a proteínas

FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
Hipótesis del acoplamiento
• Acoplamiento Químico (EdwardSlater, 1953) – Intermediarios con “alta energía” • Acoplamiento Conformacional (Paul Boyer, 1964) – “Edos. Energéticos” de las proteínas mitocondriales • Acoplamiento por Quimiosmósis (Peter Mitchell, 1961) – ΔG del transporte de e- usada para expulsar H+ – Formación de un gradiente electroquímico – Gradiente síntesis de ATP

Acoplamiento Químico (Edward Slater, 1953) Intermediarios con “altaenergía” Basado en la estrategia Química de la Glucólisis 1. Adición de P a la glucosa 2. Conversión a intermediarios fosforilados… ¿por qué? 3. Acoplamiento de estas transferencias a la formación de ATP Go de la hidrólisis de fosfatos orgánicos
COMPUESTO Fosfo-enol-piruvato 1,3-Bifosfo-glicerato Fosfato de acetilo Fosfato de creatina

Go (kJ/mol)
-61.9 -49.4 -43.1 -43.1

* *

Pirofosfato(PPi)
ATP ATP AMP + PPi ADP + Pi

-33.5
-32.2 -30.5 -20.9 -13.8 -13.8 -9.2

Fosfato-1-de Glucosilo Fosfato-6-de Fructosilo Fosfato-6-de Glucosilo Fosfato-3-de Glicerilo

* * *
* Intermediarios de la glucólisis

Dos etapas: I. Utilización de ATP para generar 2 triosas fosfatadas (2 GAP). Rxs 1 a 5 II. Conversión del GAP a Piruvato, formando ATP. Rxs 6 a 10 Balance Global: Glucosa +2ADP + 2Pi + 2NAD+

2Piruvato + 2ATP + 2NADH + 2H+ + 2H2O

Reacción 1
Para otras reacciones

Enzima Hexoquinasa (HK) Las HK´s trasfieren grupos fosforilo entre el ATP y un metabolito

La misma HK puede hacer la transferencia a otras hexosas
El Mg2+ también es sustrato Debido al ∆Go´, [G6P] puede inhibir la Rx

Grupo acil-fosfato de alta energía

Reacción 6

¿Qué átomo de C cambió eledo. de oxidación?

Enzima Gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa (GAPDH)

In vivo la Rx se favorece por la relación alta:
NAD+ / NADH [NAD+ ] elevada El 1,3-BPG es el primer intermediario capaz de transferir el P al ADP Para 1,3-BPG, ∆Go´ de transferencia del P = -49.4 kJ/mol

Reacción 7

Enzima Fosfogliceratoquinasa (PGK) La Rx es libre de agua en el sitio catalítico, como la HKEstructuras similares, pero secuencias distintas entre HK y PGK
1,3-BPG transfiere el P al ADP “Fosforilación a nivel sustrato”

Reacción 10

De Rx 1

Enzima: Piruvatoquinasa (PK)

Sin embargo, no se han identificado intermediarios “de alta energía” en la Cadena de electrones…

Se descarta la hipótesis de Edward Slater.

Acoplamiento por Quimiosmósis (Peter Mitchell, 1961) Evidenciasde la Hipótesis Quimiosmótica

• La fosforilación oxidativa requiere membranas internas íntegras
• Estas membranas son impermeables a iones como H+, OH-, K+ y Cl-, cuyo difusión libre rompería el gradiente electrquímico

• El transporte de e- transloca H+ fuera de la mitocondria
• Hay desacoplantes del gradiente, que no interrumpen el flujo de e-

El incremento de la acidez fuera de lamembrana interna, estimula la síntesis de ATP

Complejo V = ATP sintasa

El pH de la matriz mitocondrial es casi 1 unidad más alto El Complejo V requiere 3 H+ para cada ATP…

Complejo V : F0 y F1

Analogía con una presa

¿Qué mueve a la turbina (Complejo V) en la mitocondria?

Estructura de F1

Vista Lateral

Vista Superior

La energía es cedida por el paso favorable de H+ através de F0

Los cambios comformacionales modifican AFINIDADES de LIGANDOS

Paul Boyer tenía razón, pero la energía para el cambio proviene del gradiente electroquímico

Control de la Producción de ATP
• Las Rxs en el transporte de e- tiene ΔG°´ ~ O
– Desde el Complejo I hasta Cit c

• La Rx en el Complejo IV es irreversible
– Sitio de control – El mayor efecto lo tiene su sustrato:...