• Transporte de electrones y Fosforilación oxidativa


Transporte de electronesEs una fuente principal de energía para las actividades celulares, estas leberan gran cantidad de energía, la cual es almacenada en forma de ATP en la fosforilación oxidativa.Este proceso es catalizado por enzimas que son más complejas y por lo que son menos conocidas. La mayoría de estas enzimas se encuentran en la membrana de la mitocondria. (López)
Los Sistemas de transporte de electrones se encuentran asociados a membranas.
Sus principales funciones son:

  • Transportar electrones de un donador a un aceptor.
  • Conservar una parte de la energía que se libero durante el transporte de electrones y usarla para la síntesis de ATP.

Las enzimas de oxido-redicción que intervienen en este este proceso son:

  1. NADH desidrogenasas, son enzimas que se encuentran unidas a la cara interna de la membrana celular, cuya función es la de transferir los electrones desde el NADH. Además pasan átomos de H a las flavoproteínas.
  2. FLAVOPROTEÍNAS, en donde la porción flavínica que se encuentra a una proteína y puede oxidarse cuando cede electrones y se reduce al acepter H. En las células encontramos flavinas: FMN.- que contiene Flavín mononucleótido y FAD.- que contiene Flavín-adenina dinucleótido.
  3. PROTEÍNAS QUE CONTIENEN HIERRO Y AZUFRE.
  4. CITOCROMOS, que son proteínas que tienen como grupo prostético un anillo porfírico. Sufren de oxidaciones y reducciones gracias al átomo de hierro que se encuentra en el centro de la molécula que pierde electrones o gana electrones respectivamente.

En el siguiente video se muestra forma clara como se da el transporte de electrones y como intervienen cada una de las enzimas antes descritas, todo con la finalidad de obtener energía y utilizarla en la síntesis de ATP.




















Cadena transportadora de electrones
Elena Molina
El transporte de electrones es esencial en la respiracion aerobia, anaerobia, quimiolitotrofia,y fotosintesis. El movimiento de electrones en las celulas requiere de la participacion de transportadores tales como el NAD+y el NADP+ los cuales pueden transportar electrones en diferentes localizaciones.
El anillo de la nicotinamidadel NAD+ y NADP+ aceptan dos electrones y un proton de un donador y liberan un segundo proton.
Existen otros transportadores de electrones importantes en el metabolismo microbiano que transporta los electrones de diferentes maneras como son el flavina adeniana dinucleotido (FAD) y el flavina mononucleotido (FMN) estos transportan dos electrones y dos protones en el complejo sistema de anillos. Obando

Complejos de la Cadena Transportadora:
Para el transporte de electrones existen cuatro complejos encargados de ello:
  • Complejo I: También se llama NADH Deshidrogenasa, es una bomba de protones, este comlejo coge dos electrones del NADH y los pasa a un transportador llamado Ubiquinona (UQ)
  • Complejo II: O Succinato Deshidrogenasa, este complejo cumple el mismo papel que el complejo I pero no trabaja junto a este ni luego de este, son independientes el uno del otro. Este complejo pasa dos electrones a la Ubiquinona, la diferencia es que este no es una bomba de protones sino que lo hace por medio del FAD, y además los electrones los toma del succinato. Esta protéina (Succinato Deshidrogenasa) es una proteína integral de membrana, y es la único de esta clase en el proceso del transporte de electrones.
  • Complejo III: También llamado Complejo citocromo b-c1. Este toma dos electrones del Ubiquinol (QH2) y los pasa a dos moléculas de Citocromo c
  • Complejo IV: Es el paso final para el transporte de los electrones, en éste se pasan cuatro electrones de los Citocromos c (un electrón de cada citocromo) al oxígeno produciendo dos moléculas de agua; pero para compensar el proceso a la vez que se toman los 4 electrones, 4 protones salen al espacio intermembranal por una translocación.



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Esquema de los Complejos de la Cadena Transportadora de Electrones. Vela



Fosoforilación Oxidativa:

La Fosforilación oxidativa no es más que pasar electrones desde NADH, NADPH y FADH (que se obtuvieron en la glucólisis y en el Ciclo de Krebs) hasta oxígeno molecular; lo que implica que el oxígeno es el aceptor final de electrones. Este paso de los electrones se da junto a síntesis de ATP, es decir mediante este paso es que se logra finalmente la formación de los 38 ATP luego del metabolismo de una molécula de glucosa.






















*Encender los parlantes para observar el video. Vela
La fosforilación oxidativa en las células eucariotas tienen lugar en las mitocondrias. La fosforilación produce una reducción de O2 a H2O gracias a los electrones que transportan el NADH y el FADH2 esto puede ocurrir tanto en presencia de luz como en la oscuridad. Asi como se da una reducción tambien se puede presentar una oxidación del H2O a O2 con NADP+ este actúa como aceptor de electrones, esto depende principalmente de la energía de la luz. (López)Sistema de transporte de electronesEs considerado un proceso complejo, el transporte se realiza a traves de la membrana plasmatica en el caso de los microorganismos procariotas y el los eucariotas se realiza en la membrana mitocondrial interna,este proceso libera energia, la misma que se utiliza para impulsar la sintesis de ATP. Es una fuente principal de energia para que la celula pueda realizar sus actividades. Los electrones requieren de transportadore, estos transportadores tienen la capacidad de donar o recibir electrones.Como portadores de electrones tenemos los siguientes:
  • NADH: lleva sus electrones al NADH desidrogenasa.
  • FADH 2: es un intermediario entre las reacciones en las que se dona uno o dos electrones.
  • Ubiquinona o coenzimaQ: esta enlazado a la membrana, puede actuar como un puente entre un aceptor de un electron y un donador de dos electrones.
  • Citocromos: son proteinas, que contienen hierro y pueden donar o aceptar electrones.
  • Proteinas que contienen hierro y azufre: el azufre se encuentra asociado al hierro 3+
Los electrones que han pasado por el sistema, son los encargados de reducir moleculas como el oxigeno o moleculas inorganicas, si el oxigeno es el aceptor final el proceso se conoce como respiracion aerobica y si el aceptor final son otras moleculas el proceso se denomina respiracion anaerobica.
FOSFORILACION OXIDATIVA: segun la hipotesis quimiosmotica formulada por el bioquimico britanico Peter Mitchel la cadena trasnportadora de electrones esta organizada de tal modo quen los protones son transportados hacia afuera de la matriz mitocondrial y los electrones hacia adentro de la cadena.El movimiento de protones puede a la accion transportadora o bien a la accion de bombas de protones especiales que obtienen su energia del transporte de electrones .
el resultado es una fuerza motriz de protones(FMP) forma da por un gradiente de protones y un potencial de membrana debida a la distribbucion desigual de cargas.
Cuando los protones se mueven a al matriz mitocondrial por la FMP se sintetiza ATP esto se produce cuando estos protones difunde de nuevo al interior de la celula. Obando

CADENA TRANSPORTADORA DE ELECTRONES Y FOSFORILACION OXIDATIVA.
Aqui adjunto unas diapositivas para entender mas facil los procesos.

LABRE.


Cadena de transporte de elctrones Mitocondrial
Las células eucariotas poseen estructuras llamadas mitocondrias capaces de generar energía (ATP) por lo que es aqui donde se realiza el transporte de electrones.
Las fuentes de energía como la glucosa son inicialmente metabolizados en el citoplasma y los productos obtenidos son llevados al interior de la mitocondria donde se continua el catabolismo usando rutas metabólicas que incluyen el el ciclo de los ácidos tricarboxílicos, la beta oxidación de los ácidos grasos y la oxidación de los aminoácidos. El resultado final de estas rutas es la producción de dos donadores de electrones: NADH y FADH2. Los electrones de estos dos donadores son pasados a través de la cadena de electrones hasta el oxígeno, el cual se reduce para formar agua. . Las enzimas que catalizan estas reacciones tienen la importante capacidad de crear simultáneamente un gradiente de protones a través de la membrana, produciendo un estado altamente energético con el potencial de generar trabajo. ArroyoFOSFORILACIÓN OXIDATIVA:En los organismos quimiotrofos la captacion de energía se da principalmente por procesos de fosforilación oxidativa, que es un manera de conservar su energía para utilizarla en el moeto en que la necesiten para realizar diferentes funciones. En este proceso el oxígeno molecular u otro aceptor de electrones funiona como aceptor final de electrones,además está activada por la fuerza motriz de protones una energía propia de la membrana celular la cual se pierde en la formaci{on de ATP a partir de ADP y fósforo inorgánico. El acoplamiento de la fuerza motriz de protones con la síntesisi de ATP tiene lugar por medio de un complejo enzimático de membrana llamado ATP sintetasa (ATPasa). HerreraEn el siguiente video podemos observar que la fuerza motriz de los protones hace que la ATPasa se active, haciendo que el ADP se una con un fósforo y formando así el ATP que después es liberado:




Transportadores de electrones
Son sistemas que están compuestos de carriers de e- asociados a la membrana citoplasmática y tienen dos funciones básicas:
  1. Aceptar e- de un donador y cederlos a un aceptor.
  2. Conservar algo de energía liberada durante el transporte en forma de ATP por el proceso de de fosforilación oxidativa.

Para entendre la manera por la cual se genera ATP durante el transporte de electrones es preciso recordar que el transporte se da en la membrana citoplasmática, de tal modo que durante este proceso hy separación física entre protones y electrones. Los protones quedan fuera dtrnasporte_de_e-.jpge la célula mientras que los e- dentro, como consecuencia de esto se genera a través de la membrana citoplasmática un gradiente de pH y un potencial eléctrico, estando el lado externo ácido y cargado positivamente y el interior alcalino, cargado positivamente. A pesar de su pequeño tamaño ni los H+ ni los OH- atraviesan libremente la membrana,por lo tanto el equilibrio no puede establecerse espontaneamente. Este estado energizado de la membrana, similar a una bacteria puede ser usado por la célula para realizar un trabajo útil, produciendo así la síntesis de ATP. Para la síntasis de ATP un componente fundamental del proceso es una ATPasa de membrana, esta enzima cataliza la reacción reversible entre ADP y ATP. Operando en una dirección y utilizando el gradiente de protones generado durante el trnasporte, cataliza la formación de ATP a partir de ADP más Pi.
Gráfico del modelo energizado de la membrana.


Existe una variedad de agentes químicos llamados desacopladores que inhiben la síntesis de ATP durante el trnasporte de e- sin afectar el propio proceso de transporte. Ejemplos de esos agentes son el dicumarol y el dinitrofenol. Son sustancial liposolubles que impiden la formación del gradiente de pH y eléctrico, favoreciendoel pasaje de protones a través de la membrana, y de ese modo inhiben la síntesis de ATP. Otras sustancias como cianuros o azida de sodio bloquean el prpio sistema de transporte denominandose inhibidore. Geovanna. Conservación de la Energía
En aquellos microorganismos quimiotrofos usan compuestos químicos como donadores de elextrones en el metabolismo energético; existen dos mecanismos de conservación de energía que son la fermentación y la respiración. En ambas se da la síntesis de ATP en Rx Endotérmica y como necesita de energía se acopla con uno u otra de las reacciones que liberan energía o exotérmicas si es necesario.
Fermentación: El proceso redox ocurre en ausencia aceptores finales de electrones.
Respiración: El O2 o algún otro aceptor de electrones funciona como aceptor final de electrones.
La respiración es el conjunto de reacciones bioquímicas por las cuales determinados compuestos orgánicos son degradados por oxidación, hasta su conversión en substancias inorgánicas, este proceso le da energía a la célula. Los sustratos más usados son compuestos orgánicos como la glucosa, ácidos grasos, aminoácidos, cuerpos cetónicos.
Etapas
1. Ciclo de los ácidos tricarboxílicos o ciclo de Krebs.
2. Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa del ADP a ATP.

Tipos de respiración
Según la substancia que intervenga como aceptor de los electrones cedidos, podemos distinguir dos clases de respiración celular:
Respiración aeróbica: Hace uso del O2 como aceptor último de los electrones desprendidos de las sustancias orgánicas oxidadas.

Respiración anaeróbica: No interviene el oxígeno, sino que se emplean otros aceptores finales de electrones, generalmente minerales. La respiración anaeróbica es propia de procariotas. Sergio