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La Fosforilación Oxidativa: Un Proceso Esencial en la Respiración Celular, Apuntes de Medicina

Toca puntos que resultarán relevantes durante el estudio de este tema. Importante recordar que la información proporcionada no debe ser la única fuente para estudiar

Tipo: Apuntes

2021/2022

Subido el 30/08/2023

valeska-barreno
valeska-barreno 🇻🇪

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Cadena Respiratoria
1.Explicar las diferencias de permeabilidad de las membranas mitocondriales: La mitocondria
posee dos membranas una interna y una externa, ambas membranas lipídicas dobles. La
gran diferencia de permeabilidad en ambas membranas recae en su composición, dicho así
la membrana externa de la mitocondria está compuesta por alrededor de un 50% de proteínas
transportadoras, de las cuales una gran cantidad son porinas, lo que permite el libre difundir de
una cantidad de moléculas que son impermeables a la segunda membrana (que por su
composición mayormente proteica, posee una gran permeabilidad selectiva) mitocondrial,
por dicha particularidad el espacio intermembrana tiene un contenido similar al del citosol, a
diferencia de la matriz cuyo contenido es bastante más específico
2.Ubicar en la mega estructura de la mitocondria las partículas f1: La membrana Externa
posee, transportadores relativamente grandes que le permite el libre paso a ciertas moléculas
como proteínas, de dicha forma el espacio intermembrana es relativamente similar al del
citosol. Por el contrario la membrana interna de la mitocondria está compuesta en más de un
70% por proteínas de dicha forma, es mucho más específica a la hora de hacerse permeable u
impermeable a una molécula especifica
3.Explicar la función de la partícula f1 en la mitocondria: La fuerza motriz de protón impulsa
una ATP sintasa ubicada en la membrana que a partir de Pi + ADP forma ATP. La ATP sintasa
esta embebida en la membrana interna, junto con los complejos de la cadena respiratoria.
Varias subunidades de la proteína forman una estructura parecida a una bola alrededor de un
eje conocido como F1, que se proyecta hacia la matriz y contiene el mecanismo de
Fosforilacion. F1 está fijo a un complejo de proteína de membrana conocido como F0, que
también consta de varias subunidades proteínicas. F0 abarca la membrana y forma un canal de
protones. El flujo de estos últimos a través de F0 hace que rote la partícula F1, lo que impulsa la
producción de ATP, Se cree que esto ocurre por medio de un mecanismo de cambio de unión
en el cual, a medida que el eje rota, la conformación de las subunidades β en F1 cambia desde
una que se une con firmeza al ATP hacia otra que libera ATP y se une a ADP y Pi, de modo que
puede formarse el siguiente ATP. Los estimados sugieren que por cada NADH oxidado, los
complejos I y III transloca cuatro protones cada uno, y el complejo IV transloca dos
4.Describir el funcionamiento de la cadena en un esquema enfatizando: A)
componentes de la cadena B) Ubicación subcelular C) importancia de la liberación
gradual de energía en la respiración, D) relación entre los componentes de la cadena y
los equivalentes REDOX, E) función del oxígeno en la cadena.
La NADH-Q oxidorreductasa o complejo I es una proteína grande, en forma de L,
de múltiples subunidades, que cataliza la transferencia de electrones desde NADH
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Cadena Respiratoria

1.Explicar las diferencias de permeabilidad de las membranas mitocondriales : La mitocondria posee dos membranas una interna y una externa, ambas membranas lipídicas dobles. La gran diferencia de permeabilidad en ambas membranas recae en su composición, dicho así la membrana externa de la mitocondria está compuesta por alrededor de un 50% de proteínas transportadoras, de las cuales una gran cantidad son porinas, lo que permite el libre difundir de una cantidad de moléculas que son impermeables a la segunda membrana (que por su composición mayormente proteica, posee una gran permeabilidad selectiva) mitocondrial, por dicha particularidad el espacio intermembrana tiene un contenido similar al del citosol, a diferencia de la matriz cuyo contenido es bastante más específico 2.Ubicar en la mega estructura de la mitocondria las partículas f1: La membrana Externa posee, transportadores relativamente grandes que le permite el libre paso a ciertas moléculas como proteínas, de dicha forma el espacio intermembrana es relativamente similar al del citosol. Por el contrario la membrana interna de la mitocondria está compuesta en más de un 70% por proteínas de dicha forma, es mucho más específica a la hora de hacerse permeable u impermeable a una molécula especifica 3.Explicar la función de la partícula f1 en la mitocondria: La fuerza motriz de protón impulsa una ATP sintasa ubicada en la membrana que a partir de Pi + ADP forma ATP. La ATP sintasa esta embebida en la membrana interna, junto con los complejos de la cadena respiratoria. Varias subunidades de la proteína forman una estructura parecida a una bola alrededor de un eje conocido como F1, que se proyecta hacia la matriz y contiene el mecanismo de Fosforilacion. F1 está fijo a un complejo de proteína de membrana conocido como F0, que también consta de varias subunidades proteínicas. F0 abarca la membrana y forma un canal de protones. El flujo de estos últimos a través de F0 hace que rote la partícula F1, lo que impulsa la producción de ATP, Se cree que esto ocurre por medio de un mecanismo de cambio de unión en el cual, a medida que el eje rota, la conformación de las subunidades β en F1 cambia desde una que se une con firmeza al ATP hacia otra que libera ATP y se une a ADP y Pi, de modo que puede formarse el siguiente ATP. Los estimados sugieren que por cada NADH oxidado, los complejos I y III transloca cuatro protones cada uno, y el complejo IV transloca dos 4.Describir el funcionamiento de la cadena en un esquema enfatizando: A) componentes de la cadena B) Ubicación subcelular C) importancia de la liberación gradual de energía en la respiración, D) relación entre los componentes de la cadena y los equivalentes REDOX, E) función del oxígeno en la cadena.  La NADH-Q oxidorreductasa o complejo I es una proteína grande, en forma de L, de múltiples subunidades, que cataliza la transferencia de electrones desde NADH

hacia Q, junto con la transferencia de cuatro H+ a través de la membrana, En un inicio los electrones se transfieren desde NADH hacia FMN, después hacia una serie de centros Fe-S, y por ultimo hacia Q.  En el complejo II (succinato-Q reductasa), se forma FADH2 durante la conversión de succinato en fumarato en el ciclo del ácido cítrico y a continuación los electrones se pasan por medio de varios centros Fe-S hacia Q.  El glicerol-3-fosfato (generado en la desintegración de Triacilgliceroles o a partir de la glucolisis) y la acil-CoA también pasan electrones hacia Q mediante vías diferentes en que participan flavoproteinas.  Los electrones se pasan desde QH2 hacia el citocromo c por medio del complejo III (Q- citocromo c oxidorreductasa). Se cree que el proceso incluye citocromos c1, bL y bH, y un Fe-S Rieske (un Fe-S poco común en el cual uno de los átomos de Fe esta enlazado a dos grupos de histidina-SH más que a dos grupos de cisteína-SH) (fig. 13-5), y se conoce como el ciclo Q (fig. 13-6).Q puede existir en tres formas, la quinona oxidada, el quinol reducido o la semiquinona (fig. 13-6). Esta última se forma de modo transitorio durante el ciclo, una vuelta del cual origina la oxidación de 2QH2 a Q, lo que libera 4H+ hacia el espacio intermembrana, y la reducción de una Q a QH2, lo que hace que 2H+ sean captados desde la matriz (fig. 13-6). Note que aun cuando Q acarrea dos electrones, los citocromos acarrean solo uno; de esta manera, la oxidación de un QH2 esta acoplada a la reducción de dos moléculas de citocromo c mediante el ciclo Q.  El complejo IV (citocromo c oxidasa) oxida el citocromo c reducido, con la reducción concomitante de O2 hacia dos moléculas de agua, Esta transferencia de cuatro electrones desde el citocromo c hacia O2 comprende dos grupos hemo, a y a3, y Cu. Los electrones se pasan inicialmente a un centro de Cu (CuA), que contiene átomos 2Cu enlazados a dos grupos proteína cisteína-SH (que semejan una Fe-S), luego en secuencia hacia hem a, hem a3, un segundo centro de Cu, CuB, que esta enlazado a hem a3, y por ultimo a O2. De los ocho H+ eliminados de la matriz cuatro se usan para formar dos moléculas de agua, y cuatro se bombean, hacia el espacio intermembrana. De este modo, por cada par de electrones que pasa por la cadena desde NADH o FADH2, el complejo IV bombea 2H+ a través de la membrana. El O2 permanece estrechamente unido al complejo IV hasta que se reduce por completo, y esto minimiza la liberación de intermediarios en potencia perjudiciales, como aniones superoxido o peróxido, que se forman cuando el O2 acepta uno o dos e- respectivamente El papel del cobre en la respiración celular: es un oligoelemento esencial. Se requiere en la dieta porque es el cofactor metalico para diversas enzimas, El cobre desempeña funciones importantes en la respiracion celular (citocromo c oxidasa) donde desempeña un papel como

8.Explicar cómo se transporta el ATP de la mitocondria al citoplasma: Este transbordador incrementa las funciones de la creatina fosfato como un amortiguador de energía al actuar como un sistema dinámico para la transferencia de fosfato de alta energía desde mitocondrias en tejidos activos como el corazón y el musculo estriado. Una Isoenzimas de la creatina cinasa (CKm) se encuentra en el espacio intermembrana mitocondrial, catalizando la transferencia de fosfato de alta energía hacia creatina desde ATP que surge a partir del transportador de nucleótido adenina. A su vez, la creatina fosfato se transporta hacia el citosol por medio de poros de proteína en la membrana mitocondrial externa, y queda disponible para la generación de ATP extramitocondrial El transbordador de creatina fosfato del corazón y el musculo estriado. El transbordador permite el transporte rápido de fosfato de alta energía desde la matriz mitocondrial hacia el citosol. (CKa, creatina cinasa relacionada con requerimientos grandes de ATP, p. ej., contracción muscular; CKc, creatina cinasa para mantener el equilibrio entre creatina y creatina fosfato y ATP/ADP; CKg, creatina cinasa que acopla la glucolisis con la síntesis de creatina fosfato; CKm, creatina cinasa mitocondrial que media la producción de creatina fosfato a partir de ATP formado en la Fosforilacion oxidativa; P, proteína poro en la membrana mitocondrial externa) 9.Explicar la acción de los inhibidores de la cadena tales como, la antimicina A, Rotenona, Monóxido de Carbono, cianuro y barbitúricos en base a: A) sitio en el que actúa y su efecto B) Síntesis de ATPAntimicina A: La antimicina A y el dimercaprol inhiben la cadena respiratoria en el complejo III.  Rotenona: La rotenona actúa en el complejo I y evita la transferencia de Electrones entre dicho complejo y la Q  Monóxido de Carbono: monóxido de carbono y cianuro inhiben el complejo IV y, en consecuencia, pueden suspender por completo la respiración. (Evitan que el complejo IV interactúe con el oxígeno)  Barbitúricos: Los barbitúricos, como el amobarbital, inhiben el transporte de electrones mediante el complejo I al bloquear la transferencia desde Fe-S hacia Q. En dosificación suficiente, son mortales  El antibiótico oligomicina bloquea por completo la oxidación y Fosforilacion al bloquear el flujo de protones por medio de la ATP sintasa 10.Explicar la acción de los desacoplantes de la Fosforilacion oxidativa: Los desacopladores aumentan la permeabilidad de la membrana a iones, lo que colapsa el gradiente de protón al permitir que el H+ pase sin atravesar la ATP sintasa y, así, desacopla el flujo de electrón a través de los complejos respiratorios, de la síntesis de ATP. (Q, coenzima Q o

ubiquinona; cit, citocromo.), de otra forma dicho, Los desacopladores disocian la oxidación en la cadena respiratoria, de la Fosforilacion. Estos compuestos son tóxicos in vivo, lo que hace que la respiración se torne incontrolada, puesto que el índice ya no queda limitado por la concentración de ADP o Pi. El desacoplador que se ha usado con mayor frecuencia es el 2,4-dinitrofenol, pero otros compuestos actúan de manera similar. La termogenina (o la proteína desacopladora) es un desacoplador fisiológico que se encuentra en el tejido adiposo pardo que funciona para generar calor corporal, en particular para el recién nacido y durante la hibernación en animales. 11.Explicar la diferencia entre los agentes desacopladores de la cadena y los agentes inhibidores de la misma y sus efectos sobre la respiración celular y la síntesis de ATP: Los agentes inhibidores, son agentes que actúan en complejos específicos de la cadena respiratoria o bien en la ATP sintasa, evitando su normal funcionamiento y dependiendo de dónde actúen pueden detener por completo la Fosforilacion oxidativa o detenerla parcialmente como en el caso de ciertos barbitúricos, mientras que los agentes desacoplantes no actúan en la cadena sino, que eliminan el gradiente protón motriz, al actuar en la permeabilidad de la membrana (la hacen soluble a los iones H+), permitiendo que siga la oxidación de los primeros complejos, pero deteniendo la síntesis de ATP.