TEMA 16: FOSFORILACIN OXIDATIVALa energa qumica contenida en
enlaces a travs del catabolismo se acumula nicamente en dos
molculas, NADH y FADH2, en forma de ELECTRONES. Estos sern cedidos
a la cte-, que se transformar a su vez en un GRADIENTE
ELECTROQUMICO DE PROTONES, para que al final la ATPasa/sintasa
emplee la energa del gradiente electroqumico la transforme de nuevo
en energa qumica en sus enlaces en forma de ATP.El ATP producido
por fosforilacin a nivel del sustrato es mucho menor que el que
genera la mitocondria, que lo hace mediante un sistema indirecto y
muy complejo, que explica la TEORA QUIMIOOSMTICA.Por qu los
electrones son cedidos de hierro a cobre en el ejemplo?Lo que
ocurre en realidad es que uno los pierde y el otro los capta por
estar all. El sistema lo gobierna una propiedad tpica de cada
molcula, el POTENCIAL DE REDUCCIN, E, que tiene una cifra en
VOLTIOS e indica la tendencia de un determinado compuesto a ceder
sus electrones (cunto potencial tiene de reducir a otro
compuesto).No se mide mediante un tomo aislado. Las medidas son
relativas, comparando cada compuesto de inters con una referencia,
el HIDRGENO (H2). Si pierde un electrn, obtenemos un PROTN. Un
compuesto A pierde un electrn y pasa a A+. El electrn se mover por
el puente elctrico a la clula del hidrgeno y reducir protones a
hidrgeno. Medimos as una CORRIENTE NEGATIVA, de forma que A tiene
ms capacidad para ceder electrones que el hidrgeno y por ello los
pierde. Su potencial de reduccin es NEGATIVO.
Juntando dos compuestos cualquiera, en una escala de potenciales
de reduccin o potenciales redox, A tiene un potencial de -1V y B un
potencial 1V respecto al hidrgeno. Si montamos las celdas y los
ponemos en conexin, A ceder electrones a B con mucha mayor
propensin que a la inversa. A se ioniza y reduce con sus electrones
al compuesto B, que estaba ionizado. Esto ocurre de forma
ESPONTNEA, no ocurrir que B pierda electrones a no ser que cedamos
energa al sistema. Esta transicin electrnica LIBERA ENERGA, ya que
OCURRE DE FORMA ESPONTNEA. El electrn en A estaba en un determinado
orbital conteniendo una determinada energa, y al ser transferido a
B cae a un orbital de menor energa. Como al energa ni se crea ni se
destruye, la diferencia se desprende con un G. La norma para
comparar dos compuestos es que:EoA < EoB ---> A cede e- a B.
Considerando nmero y signo.De forma coloquial nos referimos a los
compuestos en la parte negativa como los que tienen un ELEVADO
POTENCIAL REDOX, esto quiere decir que son muy propensos a ceder
sus electrones. Los que son ms positivos y por ello elevados
matemticamente son los que tienen MENOR POTENCIAL REDOX, les cuesta
oxidarse.
La liberacin de energa se puede formular mediante una versin de
la ecuacin de Nerst:G = -nF (Eo ACEPTOR - Eo DONADOR) = -nF
deltaEoLa n (nmero de electrones) ya no tiene signo como en frmulas
anteriores. Como tenemos un signo negativo ante el donador y un
positivo ante la n, G es NEGATIVA, se desprende energa.Esto ocurre
en todo el rango, no ocurre slo entre potenciales negativos y
positivos, se produce a cualquier tramo, siempre se produce desde
el compuesto de ARRIBA en la escala al de ABAJO.
La cadena de transporte de electrones no est unida como un macro
complejo, sus componentes se mueven libremente por la membrana sin
orden espacial. Didcticamente se ordenan en funcin de la secuencia
de potenciales redox. Recientemente se han observado ciertas
interacciones que an no estn claras. FMN: cofactor del complejo I,
acepta electrones del NADH. Coencima Q: compuesto apolar disuelto
en la membrana lipdica, no constituye un complejo. Puente entre
complejo I y III, el complejo II tambin es puente. Citrocomos b,
c1: constituyen el COMPLEJO III. Cada protena contiene un GRUPO
HEMO. Citocromo c: se trata de una protena globular pequea que
contiene un grupo hemo y se mueve por el ESPACIO ENTRE MEMBRANAS de
la mitocondria. Como peculiaridad, puede interaccionar con los
complejos III y IV, tiene libre movimiento y puede actuar como
puente para electrones. Esta es su funcin. Citocromos a, a3:
constituyen el COMPLEJO IV.A lo largo del trasiego de la cte- se
liberan 240KJ por mol de NADH. 1 NADH libera 2 electrones que
terminarn reduciendo 1 mol de oxgeno atmico (O).
Estequiomtricamente, funcionan mol a mol.En el complejo I, entre el
penltimo y ltimo centro de hierro azufre se da una gran diferencia
de potencial redox. Esta diferencia supone una liberacin notable de
energa libre.
En el complejo II (lo veremos ms adelante)La UBIQUINONA o
QUINONA o COENZIMA Q10 recibe electrones del complejo I lo cede al
III, con varios CITOCROMOS, que cuentan con un HIERRO en su grupo
HEMO. Es visible un buen salto entre un grupo HEMO, B562, y el
hierro de la protena RIESKA (otro tipo de protena con hierro que se
da en este complejo). En este caso tambin se da una buena libeacin
de energa.En el complejo IV la diferencia de potencial entre un
tomo de cobre y el hierro tambin libera mucha energa libre, aunque
es menor que en el complejo I.
ORGANIZACIN DE LA CADENA DE TRANSPORTE DE ELECTRONESCOMPLEJO
IEncargado de oxidar NADH. denominado NADH DESHIDROGENASA.FLAVN
MONONUCLETIDO, CENTROS DE HIERRO AZUFRE.COMPLEJO IINO EST A
CONTINUACIN DEL I. Se trata de una ENZIMA del ciclo de KREBS, la
SUCCINATO DESHIDROGENASA. sta se encuentra asociada a la membrana
interna pese a que forme parte de la matriz. Su funcin es OXIDAR
SUCCINATO a FUMARATO, generando FADH2 en la reaccin. No tiene
relacin con el bombeo de protones.
COENZIMA Q10 = UBIQUINONAEmbebida en la membrana, acta como
PUNTO DE CANALIZACIN de los electrones del NADH procedentes del
complejo I y los del SUCCINATO va FADH2 desde el complejo II. No
son nicamente electrones del FADH2 del ciclo de Krebs, tambin el
metabolismo de cidos grasos genera mucho FADH2 que la coenzima Q
capta.Ceder los electrones al COMPLEJO IIICOMPLEJO IIICitocromos
con grupos HEMO con hierro y centros de HIERRO AZUFRE.Se le
denomina citocromo C - coenzima Q - OXIDORREDUCTASA.CITOCROMO
CProtena con libertad de movimiento, puede captar un electrn (slo
1, tiene un grupo hemo con un hierro) y cederlo al complejo
IV.COMPLEJO IV Con centros de HIERRO AZUFRE por los que discurre el
trasiego de electrones hasta cederlos al oxgeno y reducirlo.Se le
denomina CITOCROMO OXIDASA.Centros hierro azufreEn su versin ms
sencilla contienen un nico tomo de hierro, que no est enlazado,
sino interaccionando (se dice que est COORDINADO) con 4 azufres
aportados por aa CISTENA (en naranja). Los hay ms complejos, como
el de hierro 2 azufre 2 Fe2S2. Un primer hierro se acopla al azufre
de cistenas y el hierro a su vez acompleja a azufre inorgnico que a
su vez est acomplejado a hierro que se acompleja a ms azufre de
cistenas. Este tipo es bastante comnNO EXISTEN ENLACES, SON
COORDINACIONES (atracciones entre tomos).Abunda tambin el hierro 4
azufre 4 (Fe4S4).
Complejo IEn el complejo I el NADH se oxida reduciendo al FMN,
que se oxida reduciendo a un centro de FeS, que se oxida reduciendo
a la COENZIMA Q a su forma reducida.Normalmente el complejo I se
emplea para emplear energa almacenada en NADH. Tambin puede emplear
NADPH, que se interconvertira en NADH.NAD + NADHPH NADH + NADP+El
NADPH es de gran importancia para el mecanismo de ANABOLISMO,
sntesis de molculas. Por esto el proceso normalmente no ocurre,
constituye el PODER REDUCTOR a emplear.El complejo I en mamferos
consta de 45 protenas, unas 14 en bacterias.Su tamao es similar al
de la subunidad grande del ribosoma, y contiene numerosos
cofactores o grupos prostticos. Tiene forma de L. La cesin de los
electrones del NADH se produce en el extremo de la zona
hidrofilica, y la coenzima Q se asocia en la zona de unin de las
zonas hidrfilas e hidrfobas. Distinguimos 2 partes diferenciadas en
la macroprotena, una hidrfila que sobresale hacia la matriz y una
hidrofbica en la membrana.Las distintas subunidades presentan
distintos cofactores, siendo los ms abundantes los centros de FeS.
Tambin se da FMN. TMHs: dominios transmembrana.La cesin de 2
electrones de NADH a CoQ libera energa como para expulsar 4H+. La
actividad del enzima reside en ??Los 2 e- no discurren a la vez, el
hierro cambia de valencia de 1 en 1. Luego primero pasa un electrn
y despus el siguiente. La abundancia de centros de FeS en la parte
hidroflica se explica porque se distribuyen de modo que no exista
demasiada distancia entre ellos. La distancia mxima que un electrn
puede circular al cederse es de 14A. Por ello existen tantos
complejos. Se postula que el complejo I se puede entender como una
enzima oxidada de NADH. En la topografa del complejo el FMN est en
el centro activo de la enzima, capta los electrones y los cede de 1
en 1 a los centros de FeS. Estos realizan un recorrido en base a la
proximidad fsica de los centros de hierro azufre, cada uno con su
potencial redox (luego ordenados fsicamente y por potencial REDOX).
Finalmente acaban en la COENZIMA Q, anillo bencnico con cola
apolar, normalmente disuelta en la membrana y con la capacidad de
introducirse en un bolsillo hidrofbico en la zona de la bisagra del
COMPLEJO I, en la que capta los electrones. Ciertos centros de Fe-S
presentan una distancia superior a 14 armstrongs. Por la ruta
correcta fluirn electrones a velocidad de 14 millones por segundo,
mientras que en los ms separados uno por hora (despreciable),
constituyendo el camino equivocado. En el complejo I, ciertos
residuos de aa pueden PROTONARSE o DESPROTONARSE. Cuando los
electrones llegan a los ltimos centro de Fe-S, el G se emplea para
generar algn tipo de fuerza de torsin en la regin de la BISAGRA del
complejo I, mantenindose quieto el BRAZO HIDROFLICO y moviendo el
HIDROFBICO de la membrana. La fuerza de torsin se transmite de
forma horizontal a los polipptidos de la forma hidrfoba. Se sabe
que existen cadenas, representadas en rojo, que transcurren de
forma vertical, de modo que al moverse la parte hidrfoba de forma
horizontal se transmite el movimiento a las rojas, que se mueven
verticalmente, exponiendo un residuo aminoacdico que pudiera
desprotonarse. As en sucesivos ciclos.Adems del trasiego de
electrones y liberacin de protones, el complejo I cede sus e- a la
COENZIMA Q, UBIQUINONA o COENZIMA Q10. Presenta un anillo bencnico
y una cola apolar, constituida por la repeticin de unidades de
ISOPRENO (en organismos superiores 10 repeticiones, de ah su
nombre). La COENZIMA Q puede aceptar un electrn y protn en un O del
anillo bencnico formando un hidroxilo. Se forma as una forma
semibencnica (semireducida) denominada SEMIQUINONA. En la mb
interna mitocondrial de los organismos se da siempre un conjunto de
molculas oxidadas, semirreducidas y reducidas.En la zona de la
bisagra del complejo I, la regin del bolsillo hidrofbico resguarda
la CQ, de modo que a partir de aqu capta los electrones del ltimo
centro de Fe-S. Puede entrar y salir de esta regin hidrfoba. Se
transfieren as dos electrones del NADH a una QUINONA totalmente
reducida.Complejo IIISu papel reside en aceptar electrones de la CQ
y cederlos al CITOCROMO C. La CQ, est totalmente reducida por
captar los electrones del NADH. Es necesario realizar el trnsito de
una situacin de movimiento de los electrones en PARES a viajar de 1
en 1. Esta es la funcin del COMPLEJO III. La quinona, totalmente
reducida, cede sus electrones de 1 en 1 al centro de Fe-S de la
PROTENA DE TIPO RIESKE ( ?) . La cesin de electrones de la quinona
es posible gracias a la existencia de una FORMA INTERMEDIA de la
molcula, semirreducida.
A continuacin transcurrirn por el CITOCROMO B, por sus 2 grupos
HEMO, y despus los dos electrones circularn hasta el CITOCROMO C1,
con otro grupo hemo. Las unidades de citocromo C abundan en la
membrana y se mueve libremente, de modo que fcilmente puede
aproximarse al citocromo C1 y captar su electrn.Acerca del bombeo
de protones, como en el complejo I tampoco se debe a la presencia
de un canal. La QUINONA SEMIRREDUCIDA por cmo cambia su carga al
ganar o perder electrones, puede moverse dentro del complejo. De
hecho dentro del citocromo b se observan 2 sitios de unin de la
quinona.Cuando la quinona est semirreducida, es capaz de
DESPROTONARSE y soltar un protn. Se le denomina CICLO Q. No est del
todo claro cmo puede liberar el protn.Los electrones han
transcurrido de 1 en 1 y estn en el CITOCROMO C, capaz de
interaccionar con el ltimo complejo.Complejo IV.Con 2 citocromos, A
y A3, encargados finalmente de ceder los electrones a un tomo de
OXGENO formando agua.En los citocromos, lo realmente importante es
la presencia de un GRUPO HEMO con un TOMO DE HIERRO COORDINADO, que
es quien estar cambiando de valencia.
TEORA QUIMIOSMTICA.Cmo la energa qumica almacenada en los
nutrientes y en el NADH se transforma en energa en forma de
gradiente electroqumico de protones y de nuevo en energa qumica en
forma de ATP?
Los bioqumicos de la poca de Mitchell aceptan el siguiente
clculo estequiomtrico: PETER MITCHELL propone un ACOPLAMIENTO
INDIRECTO entre la energa que se libera en la cadena de transporte
de electrones y la sntesis de ATP. Es decir, un acoplamiento de la
formacin de un gradiente de protones.Se bombean 4 protones en el
complejo I y III y 2 protones en el complejo IV.1 NADH cede 1 mol
de ee- (parejas de electrones) a un mol de tomos de O, con el
resultado de expulsarse 10 moles de protones (H+) y generndose 3
moles de ATP.1NADH1ee-1O10H+3ATP
El segundo dador a la cadena es el FADH2, procedente de la
succinato deshidrogenasa, la oxidacin de cidos grasos... En este
caso:1FADH21ee-1O6H+2ATPExperimentalmente (se realiza en
mitocondrias aisladas intactas), siempre que exista una fuente de
electrones la cadena transportadora continuar generando un
gradiente de protones. Aadiendo inhibidores a la cadena: como
ejemplo la ACTINOMICINA A, el citocromo b habr recibido sus
electrones pero no podr cederlos. Los centros de Fe-S quedan
completamente reducidos a la izquierda del inhibidor y a la derecha
todos quedarn oxidados, sin poder reponerse. Los electrones de
nuestra fuente de NADH han dejado de circular. Si pipeteamos un
compuesto en la cantidad con un potencial redox capaz de aceptar
los electrones del citocromo b, se oxidar y se reanudar el flujo de
electrones por la parte izquierda de la cadena. No volvern a llegar
al oxgeno, seguirn siendo drenados. De este modo se conserva el
funcionamiento de una parte de la cadena.
Puede medirse la cantidad de ATP sintetizado a partir del
gradiente de protones de una regin determinada de la cadena.Si
queremos estudiar toda la cadena, disponemos en primer lugar una
fuente de NADH. Los electrones circularn por la cadena hasta el
final. Si queremos saber qu sucede con el FADH2, aadiremos
SUCCINATO, que al oxidarse lo genera, cediendo el FADH2 sus
electrones a la CQ, pasado el complejo I. Estudiaremos entonces
esta parte de la cadena.Para estudiar el complejo IV, existen
ciertos compuestos, como el TMPD, con el potencial REDOX adecuado
para ceder sus electrones al citocromo c. De este modo slo
funcionar este complejo.1TMPD 1ee- 1O 2H+ 1ATP.Luego un mol de
parejas de electrones siempre reducirn un mol de tomos de oxgeno,
pero RINDEN DISTINTO EN TRMINOS ENERGTICOS SEGN ACCEDAN A UN
COMPLEJO U OTRO. Se forman distintos gradientes de protones y puede
generarse menos ATP.
Para sintetizar una determinada cantidad de ATP empleando por
ejemplo el complejo IV se requerirn muchas ms parejas de electrones
que al inyectarlos en el complejo I.La ATPasa va a requerir 3
PROTONES POR CADA ATP.Desde el punto de vista fsico qumico, se
liberan en la cadena 200KJ. Esto resulta en la expulsin de 10
protones, requiriendo la ATPasa 3 para funcionar. Aunque desde el
punto de vista estequiomtrico parece que ''sobre energa'', por la
falta de eficiencia de un sistema natural, no se generan ms de 3
ATP.
Cmo se llega a determinar cunto ATP se genera a partir de NADH,
FADH2...?Medir oxgeno en mitocondrias intactas resulta muy
sencillo. La razn P/O, tambin llamado ADP/O, define los moles de
ATP que se pueden sintetizar por mol de oxgeno reducido,
equivalente a mol de sustrato oxidado.
1 MOL DE SUSTRATO OXIDADO, EQUIVALENTE A UN MOL DE OXGENO
REDUCIDO, GENERA UN DETERMINADO NMERO DE MOLES DE ATP (3,2,1), RAZN
P/O.
Los experimentos se han realizado a partir de la medicin de
oxgeno consumido por la mitocondrias. Si aadimos una fuente de
electrones, como GLUTAMATO, que da lugar a NADH, puede registrarse
un determinado consumo de oxgeno. Las mitocondrias estn empleando
el NADH y construyendo un gradiente electroqumico, y consumiendo
OXGENO a una velocidad basal. Los experimentos se hacen en un medio
definido, en AUSENCIA DE ADP. Pipeteando ADP que pueda fosforilarse
en su totalidad y se consuma, se activa la PROTN ATPasa. Los
protones volvern, en presencia de ADP, a entrar en la mitocondria.
En lugar de ''respirar a una velocidad basal'', la cte- puede
funcionar ms rpido y bombear ms protones para compensar la prdida
de gradiente, aumentando la velocidad de consumo de oxgeno, lo que
se observa grficamente. Slo hemos aadido una pequea cantidad de
ADP. En el momento en que se agota, la ATPasa deja de funcionar y
no reentran ms protones. Se construye de nuevo el gradiente
electroqumico y se retoma una velocidad basal de consumo de
oxgeno.Puede determinarse la cantidad de oxgeno extra que se
necesita utilizar mientras an hay ADP en el medio, es decir, la
cantidad de oxgeno que se necesita para fosforilarlo a ATP. La
relacin entre los micromoles de ADP y los llamados ''micromoles de
tomos de O'' constituyen la razn P/O. La razn vara en funcin del
compuesto empleado.De este modo la razn con NADH es 3 (3ATP), con
FADH2 es 2 (y se forman 2ATP) y con TMPD es 1 (1ATP).Estructura y
funcionamiento de la protn ATPasaAl purificar la ATPasa se
identifican fcilmente dos fracciones: F0 y F1, que corresponden a
dos partes diferenciadas en estructuras y funcin (es la ordenacin
que se ha dado experimentalmente): F0 est embebida en la mb interna
mitocondrial, y lo ms importante es su SUBUNIDAD A y su estructura
de alfa hlices, la SUBUNIDAD C. A este cilindro de subunidades se
unen fuertemente otras dos, EPSYLON y GAMMA. Observamos en GAMMA 2
dedos protuberantes asimtricos. F1 presenta 3 dmeros de subunidades
ALFA-BETA. Mirando la ATPasa desde arriba se observa la disposicin
de los 3 dmeros, siendo cada uno una parte FUNCIONAL en la ATPasa,
con un sitio cataltico para la sntesis e hidrlisis de ATP. Luego en
la ATPasa HAY TRES SITIOS CATALTICOS.
La parte que sobresale hacia la matriz mitocondrial est sujeto
por SUBUNIDADES D acompaadas de SUBUNIDADES DELTA. En 1994 se
realiza la cristalografa de la protena, con el fin de proponer un
modelo de su funcionamiento.Se cristaliza y purifica la protena en
ausencia de reactivos y presencia de ADP y fosfato, as como
disponerla en presencia de ATP. El problema de cristalizarlas con
ATP es que ser fcilmente hidrolizado, suele emplearse un anlogo no
hidrolizable del compuesto.Se obtuvo la estructura de la ATPasa con
el pseudoATP unido y ADP y fosfato unidos. El modelo de
funcionamiento propuesto fue un MODELO ROTATORIO: los dmeros podan
encontrarse en distintas conformaciones:1. LAXA (loose): ADP y
fosfato unidos.1. FUERTE (tight): ATP unido. 2. ABIERTA (open):
dispuesta a unir ADP y fosfato.El mecanismo rotatorio mediante el
cual los dmeros ALFA-BETA cambian de conformacin, no se debe al
giro de los dmeros en s, al contrario que lo que propona la
cristalografa.Lo que cambia en sentido giratorio es la CONFORMACIN,
no se estn moviendo los dmeros, sino la SUBUNIDAD GAMMA que
discurre POR DENTRO DEL CASQUETE. Como es irregular, cambia la
conformacin de los dmeros alfa-beta a sus distintos estados.Hoy da
est demostrado este modelo de rotacin.En este modelo rotatorio sin
movimiento de los dmeros alfa-beta, fijo por las subunidades b,
propone que el giro de las SUBUNIDADES C y por tanto EPSYLON y
GAMMA dentro de los dmeros. La rotacin de los cilindros c es la
CONEXIN DE LA TEORA QUIMIOSMTICA y el GRADIENTE ELECTROQUMIO DE
PROTONES: el movimiento del barril de SUBUNIDADES C es provocado
por la PROTONACIN y DESPROTONACIN de un residuo de glutamato
dispuesto aprox. a mitad de altura de cada hlice c, dispuesto hacia
el EXTERIOR.
Cmo pro y desp inducen movimiento?La subunidad A ha sido
propuesta como un CANAL para los protones, hacindolos accesibles al
glutamato de la subunidad C. Hacia abajo es el espacio
intermembrana de la mitocondria, hacia dentro la MATRIZ.1. Entra un
PROTN a travs de la subunidad A.2. Protona a un glutamamto de una
subunidad C.3. Se da la ROTACIN DEL ANILLO en un paso (=espacio que
ocupa una subunidad C). En mamferos sera un octavo, porque tenemos
8 CILINDROS C.4. Una nueva subunidad C (ya protonada) ha entrado en
contacto con la A.5. El glutamato puede desprotonarse.6. La
subunidad A permite que el protn entre en contacto con la
MATRIZ.Para que se d el giro de 360, con 8 subunidades C en los
mamferos, necesitaramos 8 protonaciones-desprotonaciones. Al dar
una vuelta completa habramos sintetizado 3 ATP.En el caso de otros
organismos con ms subunidades C, como las levaduras (10) se
necesitaran ms protones.Este fue un modelo de rotacin que se
demostr al purificar la ATPasa, aplicando distintas estrategias
para hacerla funcionar. Tuvo que ser en modo de hidrlisis de ATP,
ya que requerira mb, gradiente de protones... par actuar como
sintasa. Se aadi a los dmeros alfa-beta unas colas de HISTIDINA,
muy adhesivas. Se ancl as la ATPasa a una especie de ''soporte''.
Para seguir su movimiento, se acopl al cilindro de subunidades C
ESTREPTAVIDINA para poder observar su movimiento, que se una a una
partcula metlica (posteriormente se emple una partcula
fluorescente). Aadiendo ATP, si el mecanismo implica rotacin, la
energa del ATP induce el cambio conformacional en los dmeros
alfa-beta, dndose la rotacin de gamma y con ella del cilindro, y
con ste el de la partcula (luego en sentido inverso a la sntesis de
ATP).Con la tecnologa necesaria se film el giro de la partcula, con
lo que se demostr el movimiento de la ATPasa. A elevada
concentracin de ATP (2mM, relativamente alta), la ATPasa gira unas
200veces/s.El experimento a baja concentracin de ATP da lugar a un
movimiento ms lento de la partcula y permite un mejor estudio de su
posicin. El movimiento NO ES CONTINUO, da un giro de unos 120 y se
detiene momentneamente. Por ello al representarlo sobre el papel se
daba un ACMULO DE EVENTOS EN 3 POSICIONES, en las que la ATPasa se
ha PARADO.Esto se interpreta como que la ATPasa se para porque
requiere fracciones de segundo para llevar a cabo la reaccin de
hidrlisis/sntesis de ATP.Con la secuenciacin de distintos
organismos se ha observado la variacin de las subunidades C en las
especies. JOHN WALKER public el COSTE REAL EN PROTONES DE UNA
MOLCULA DE ATP.Bioqumicamente con un mol de NADH se generan 3 ATP y
da lugar a 10 protones expulsados, aunque un giro de nuestra ATPasa
slo requiera 8 protones. John Walker analiza numerosos organismos y
concluye que cada ATP requiere 2,7 PROTONES POR ATP.Por qu entonces
se gastan 10H+?No se debe a una falta de eficiencia. Para
sintetizar ATP, adems del gradiente electroqumico de protones y la
ATPasa se requiere la entrada de ADP y FOSFATO a la mitocondria.
Cuando en la matriz mitocondrial se sintetiza ATP, ste se exporta
al CITOPLASMA para que la clula lo emplee en lo que sea necesario.
De aqu se justifica el exceso de protones, en las actividades de
transporte.
La ADENINA NUCLETIDO TRANSLOCASA intercambia ADP por ATP,
introduce ADP y exporta ATP. El ATP tiene una carga negativa de ms.
Luego este movimiento de ANTIPORTE requiere SACAR UNA CARGA
NEGATIVA. El exterior es ahora positivo y el interior es negativo
por el bombeo de protones. Sacar la carga negativa supone un GASTO
DEL POTENCIAL DE MEMBRANA, gastamos una carga y reducimos el
gradiente.La FOSFATO TRANSLOCASA EJERCE ANTIPORTE DE FOSFATO E
HIDROXILO. Meter un fosfato en la mitocondria, si se intercambia
por hidroxilo, tiene un efecto en pH de haber perdido un PROTN del
gradiente. Otro transportador de fosfato acta en modo de SIMPORTE
para fosfatos con 2 cargas negativas. A su vez introduce dos
protones del gradiente. Slo por el hecho de meter ADP y FOSFATO se
produce un GASTO DEL GRADIENTE ELECTROQUMCO, lo que justifica los
10 protones que se bombean.
FOSFORILACIN OXIDATIVA: LANZADERAS NADH.En muchos pasos
oxidativos del catabolismo en el citoplasma se genera la mayor
parte de NADH, que hay que introducir en la mitocondria para
emplearlo como poder reductor en la cte-. Se dispone para ello de
dos sistemas de transporte, cuya funcin es TRANSLOCAR el NADH del
cp a la matriz,1. Lanzadera del glicerol 3-P.La menos eficiente.
Funciona por la presencia de la GLICEROL 3P-DESHIDROGENASA. Pasar
de dihidroxiacetona fosfato a glicerol 3-P con esta enzima, que
emplea FADH como cofactor genera FADH2 reducido, que ya podra ceder
sus electrones a la COENZIMA Q. Sin embargo el rendimiento es
bajo.
2. Lanzadera del malato aspartato.El malato es transportado al
interior de la mitocondria, siendo intercambiado por el alfa
cetoglutarato, que sale al exterior. El malato puede oxidarse a
OXALACETATO, y empleando NAD mitocondrial generar NADH.Para no
acumular malato dentro de la mitocondria, el oxalacetato es
transformado a aspartato mientras que el GLUTAMATO se transforma en
ALFA CETOGLUTARATO. Para glutamato y aspartato tenemos un
transportador. El ASPARTATO sale, y una vez en el citoplasma el
ASPARTATO se convierte en oxalacetato y el ALFA CETOGLUTARATO se
convierte en GLUTAMATO.