Metabolismo del Glucógeno

Destino de la Glucosa

El glucógeno se sintetiza en el hígado y músculo.

4 principales destinos:

1. Matriz extracelular y polisacáridos
2. Glucógeno, almidón y sacarosa
3. Ribosa-5-fosfato
4. Piruvato

Catabolismo del Glucógeno

La enzima glucógeno fosforilasa cataliza la ruptura del enlace glucosídico α(1→4) liberando glucosa como producto.

Glucógeno(n_r) + Pi → Glucógeno (n-1_r) + Glu-P

La enzima desramificadora oligo-α(1→6) hasta α(1→4) glucanotransferasa tiene 2 sitios activos:

• Transferasa: transfiere 3 residuos de glucosa
• α(1→6) glucosidasa: Cataliza la hidrólisis del enlace α(1→6) dando glucosa

Glucógeno fosforilasa: Cataliza la ruptura fosforolítica del enlace α(1→4) produciendo Glu-1-P

Fosfoglucomutasa: Cataliza la reacción reversible.

Glu-1-P → Glu-6-P Un OH de la serina del sitio activo de la fosfoglucomutasa dona y acepta un P.

Síntesis de la Glucosa

1. La glucosa se transforma en Glu-6-P gastando 1 ATP.

Glu + ATP → Glu-6-P + ADP. Catalizada por hexoquinasa (músculo) y glucoquinasa (hígado).

2. Glu-6-P → Glu-1-P catalizado por fosfoglucomutasa.
3. Glu-1-P reacciona con UTP en presencia de la enzima UDP-glucosa pirofosforilasa para producir uridina difosfato glucosa y pirofosfato.
4. La glucogenina inicia la síntesis de glucógeno.
5. La glucógeno sintasa une UDP-glucosa para formar glucógeno y UDP.
6. Enzima ramificadora.

La síntesis y degradación del glucógeno son espontáneas. Si ambas ocurren al mismo tiempo, se activa el ciclo fútil con la ruptura de un enlace -P por ciclo. Para prevenir esto, la glucógeno sintasa y la glucógeno fosforilasa son reguladas por efectos alostéricos y la fosforilación.

Glucólisis y Fermentación

Degradación de una molécula de glucosa en 2 piruvatos.

La energía liberada por la glucosa es conservada en forma de ATP y NADH.

10 pasos / 2 fases:

Fase 1: Preparatoria (requiere ATP)

1. Fosforilación de la glucosa dando glucosa-6-P. Catalizado por hexoquinasa.
2. Conversión (isomerización) de glucosa-6-P a fructosa-6-P. Catalizado por fosfohexosa (fosfoglucosa) isomerasa.
3. Fosforilación de Fru-6-P en Fru-1,6-BiP. Catalizado por fosfofructoquinasa-1.
4. Rotura de Fru-1,6-bifosfato. Catalizado por la enzima aldolasa, se rompe dando origen a 2 compuestos: gliceraldehído-3-P y dihidroxiacetona-P.
5. Conversión de dihidroxiacetona-P en gliceraldehído-3-P. Catalizado por la enzima triosa fosfato isomerasa.

Fase 2: Beneficios (produce ATP y NADH)

6. Oxidación del gliceraldehído-3-P a 1,3-bifosfoglicerato. Catalizado por gliceraldehído-3-P deshidrogenasa.
7. Transferencia del fosforilo desde 1,3-bifosfoglicerato al ADP. Catalizado por la enzima fosfoglicerato quinasa.
8. Conversión del 3-fosfoglicerato en 2-fosfoglicerato por la enzima fosfoglicerato mutasa.
9. Deshidratación de 2-fosfoglicerato a fosfoenolpiruvato.
10. Transferencia del grupo fosforilo desde el fosfoenolpiruvato al ADP catalizado por la piruvato quinasa.

Enol → Tautomerización → Forma ceto (pH 7)

Formación de ATP y NADH

Glu + 2 NAD⁺ + 2 ADP + 2 Pi → 2 PIR + 2 NADH + 2 H⁺ + 2 ATP + 2 H₂O

Por cada molécula degradada a piruvato se genera:

• A partir de ADP y Pi → 2 moléculas de ATP
• A partir de la reducción del NAD⁺ → 2 moléculas de NADH

2 reacciones:

1. Conversión de glucosa en piruvato

Glu + 2 NAD⁺ → 2 PIR + 2 NADH + 2 H⁺ (-146 kJ/mol)

2. Formación de ATP a partir de ADP y Pi

2 ADP + 2 Pi → 2 ATP + 2 H₂O (61 kJ/mol)

La suma de las 2 ecuaciones da una energía libre de -85 kJ/mol.

La glucólisis es una ruta metabólica donde una molécula de glucosa se oxida a dos moléculas de piruvato, conservando energía en forma de ATP y NADH. Las diez enzimas glucolíticas se hallan en el citosol. En la fase preparatoria se utiliza ATP para convertir glucosa en glucosa-6-P, y fructosa-6-P en fructosa-1,6-bifosfato. En el paso 4 se rompe el enlace carbono-carbono entre C3 y C4 dando dos moléculas de triosa fosfato (dihidroxiacetona fosfato y gliceraldehído-3-P). En la fase de los beneficios (fase Payoff) cada una de las dos moléculas de gliceraldehído-3-fosfato se oxidan en el C1 y se produce en esta reacción NADH. El producto neto del proceso global (glucólisis) es 2 piruvato, 2 NADH y 2 ATP. Los grupos fosfato del 1,3-difosfoglicerato son cedidos (uno por vez) al ADP (adenosín difosfato) para formar ATP. Esto se conoce como fosforilación a nivel de sustrato.

Importancia de los Intermediarios Fosforilados

1. Mantener los intermediarios al interior de la célula.
2. Conservación de la energía: Los enlaces éster de fosfato son altamente energéticos.
3. La energía de unión de los grupos fosfato contribuye a disminuir la energía de activación. El fosfato se une con Mg²⁺, donde este complejo es reconocido por las enzimas de la glucólisis.

Regulación de la Glucólisis

La regulación en la glucólisis recae en las enzimas que catalizan las tres reacciones irreversibles de la glucólisis, las cuales son exergónicas:

3 enzimas → Hexoquinasa, fosfofructoquinasa-1 y piruvato quinasa.

Hidratos de Carbono y la Glucólisis

El glucógeno y el almidón entran a la glucólisis luego de ser degradados por fosforilación.

• Los polisacáridos y disacáridos son degradados por hidrólisis para dar monosacáridos.
• Los monosacáridos entran a la glucólisis en diferentes puntos de la ruta.

Dextrina + n H₂O → n D-glucosa

Maltosa + H₂O → 2 D-glucosa

Lactosa + H₂O → D-galactosa + D-glucosa

Sacarosa + H₂O → D-fructosa + D-glucosa

Trehalosa + H₂O → 2 D-glucosa

La manosa va a ser activada a través de la hexoquinasa mediante el gasto de una molécula de ATP, originando manosa-6-fosfato, la que será isomerizada a fructosa-6-P por la fosfomanosa isomerasa, entrando de esta forma en la ruta glucolítica. La fructosa también puede fosforilarse a fructosa-6-P por acción de la hexoquinasa e incorporarse a la glucólisis. En el hígado, la fructosa entra en la ruta glucolítica mediante fosforilación en posición 1 catalizada por la fructoquinasa. La ruta de entrada de la galactosa es algo más compleja, ya que este monosacárido se suele aprovechar para la formación de los oligosacáridos de los glucolípidos, que son de gran importancia en la formación de las membranas. El glucógeno y el almidón entran a la glucólisis en un proceso de dos pasos. Los polisacáridos y disacáridos ingeridos se convierten en monosacáridos por la acción de enzimas hidrolíticas del intestino. A continuación, los monosacáridos son captados por las células intestinales y se transportan al hígado o a otros tejidos. Diversas D-hexosas, entre ellas fructosa, manosa y galactosa se pueden canalizar hacia la glucólisis, y son convertidas en glucosa-6-fosfato y fructosa-6-fosfato. La conversión de galactosa-1-fosfato en glucosa-1-fosfato se hace a través de dos intermediarios que son derivados de nucleótidos: UDP-galactosa y UDP-glucosa. Defectos genéticos en cualquiera de las 3 enzimas que catalizan la conversión de galactosa en glucosa-1-fosfato son causa de galactosemia, una enfermedad de gravedad variable.

Fermentación

Es un proceso en el que se extrae energía (como ATP), pero no consume oxígeno. Sirve para regenerar el NAD⁺, necesario para la glucólisis.

• Fermentación láctica: El piruvato es reducido a lactato.
• Fermentación alcohólica: Dos reacciones sucesivas: primero el piruvato es convertido en acetaldehído y luego en etanol.

El NADH formado en la glucólisis debe reciclarse para regenerar NAD⁺ que se requiere en la glucólisis. En condiciones anaeróbicas, los electrones pasan de NADH al O₂ en la respiración mitocondrial. En condiciones anaeróbicas o hipóxicas, muchos organismos regeneran NAD⁺, transfiriendo los electrones del NADH al piruvato y se forma lactato (fermentación láctica). En otros organismos, tales como las levaduras, el NAD⁺ se regenera mediante la reducción de piruvato a etanol y CO₂ (fermentación alcohólica). Una gran variedad de microorganismos pueden fermentar el azúcar de los alimentos frescos, lo que da lugar a cambios en el pH, gusto y textura y a la conservación del alimento. Las fermentaciones son ampliamente utilizadas en la industria.

Gluconeogénesis

Los animales deben mantener estable la concentración de glucosa en sangre. Cuando se agotan las reservas de azúcares, debe sintetizarse glucosa por medio de la gluconeogénesis.

• La gluconeogénesis la realiza fundamentalmente el hígado.
• Los sustratos principales son lactato, aminoácidos, propionato y glicerol.
• La secuencia de reacciones es la inversa de la glucólisis excepto en tres pasos (tienen un ΔG muy negativo, irreversibles): Conversión del piruvato en fosfoenolpiruvato. Dos reacciones (piruvato carboxilasa y PEPCK). Conversión de la fructosa-1,6-bifosfato en fructosa-6-fosfato (fructosa-1,6-bifosfatasa, FBPasa). Conversión de la glucosa-6-fosfato en glucosa (glucosa-6-fosfatasa).

La gluconeogénesis y glucólisis están coordinadas, una de las vías está relativamente inactiva y la otra funciona a velocidad elevada.

Sistema de control:

• Las cantidades y actividades de las enzimas características de cada ruta están controladas de tal manera que no pueden ser ambas rutas activas simultáneamente.
• Velocidad de la glucólisis: controlada por la concentración de glucosa.
• Velocidad de la gluconeogénesis: controlada por la concentración de lactato y otros precursores.

3 Puntos de Regulación

1. De Piruvato a Fosfoenolpiruvato (PEP)

Se realiza en la matriz mitocondrial. Es una reacción que se lleva a cabo en dos pasos:

• Carboxilación del piruvato.
• Descarboxilación y fosforilación del oxaloacetato.

1) Carboxilación del piruvato: Es catalizado por la piruvato carboxilasa, que convierte el piruvato en oxaloacetato (para lo cual utiliza como coenzima a la biotina).

2) Descarboxilación y fosforilación del oxaloacetato: El oxaloacetato es convertido en fosfoenolpiruvato por la enzima carboxiquinasa fosfoenolpirúvica (PEPCK), en una reacción dependiente de Mg²⁺ y requiere de GTP como donador del grupo fosforilo. La reacción es reversible en condiciones intracelulares.

2. Conversión de Fructosa-1,6-Bifosfato en Fructosa-6-Fosfato

Una vez que es formado el fosfoenolpiruvato (PEP), es metabolizado por las enzimas de la glucólisis pero en sentido inverso (reacciones en equilibrio). El siguiente paso regulatorio es la reacción catalizada por la fructosa-1,6-bifosfatasa, la cual desfosforila la fructosa-1,6-bifosfato, para dar fructosa-6-fosfato como producto. La enzima fructosa-1,6-bifosfatasa es una enzima alostérica, que requiere Mg²⁺ para su actividad. Es inhibida por AMP y fructosa-2,6-bifosfato. Y es activada por ATP y citrato.

3. Formación de la Glucosa

La fructosa-6-fosfato formada se convierte en glucosa-6-fosfato. En la mayoría de los tejidos, la glucosa-6-fosfato se convierte en glucógeno, la razón de esto es debido a que la glucosa-6-fosfato no difunde fuera de la célula, mientras que la glucosa sí puede hacerlo. La enzima encargada de desfosforilar la glucosa-6-P es la glucosa-6-fosfatasa. Ésta sólo se encuentra presente en el hígado y en menor grado en el riñón.

Ciclo del Ácido Cítrico

El ciclo del ácido cítrico recibe también el nombre de ciclo de los ácidos tricarboxílicos o ciclo de Krebs. Es un ciclo anfibólico (puede ser anabólico o catabólico según las necesidades del organismo), y repone sus intermediarios a través de reacciones anapleróticas.

La actividad del ciclo está regulada a nivel de disponibilidad de sustratos y modulando enzimas que llevan a cabo reacciones irreversibles en el ciclo.

El ciclo tiene tres reacciones que están reguladas:

Reacción 1: es la condensación de oxaloacetato con acetil-CoA, catalizada por la citrato sintasa.

Acetil-CoA + Oxaloacetato → Citrato + CoA-SH

Reacción 3: es la descarboxilación oxidativa del isocitrato, catalizada por la isocitrato deshidrogenasa.

Isocitrato + NAD(P)⁺ → α-cetoglutarato + NADP(P)H + CO₂

Esta enzima se caracteriza por que puede usar indistintamente NAD⁺ o NADP⁺, como sustrato, dependiendo de la disponibilidad de éstos.

Reacción 4: es la descarboxilación oxidativa del α-cetoglutarato, catalizada por el complejo enzimático de la α-cetoglutarato deshidrogenasa. Este complejo utiliza las mismas cinco coenzimas que usa la piruvato deshidrogenasa: tiamina pirofosfato, lipoato, CoA-SH, NAD⁺ y FAD.

α-cetoglutarato + CoA-SH + NAD⁺ → Succinil-CoA + CO₂ + NADH

Por cada acetil-CoA que ingresa al ciclo del ácido cítrico, se produce:

• 3 NADH
• FADH₂
• ATP (GTP)

Al terminar el ciclo del ácido cítrico, la mayor parte de la energía está contenida en moléculas transportadoras de electrones: NADH y FADH₂. Hasta este punto sólo se han producido 4 moléculas de ATP como tal (dos en la glucólisis y dos en el ciclo del ácido cítrico).

Oxidación del Piruvato a Acetil-CoA (Descarboxilación Oxidativa)

El complejo de la piruvato deshidrogenasa tiene 3 actividades enzimáticas y cinco coenzimas: pirofosfato de tiamina (TTP), NAD⁺, FAD, ácido lipoico y HS-CoA.

Complejo de la piruvato deshidrogenasa:

• Activada por: AMP, CoA, NAD⁺ y Ca²⁺
• Inhibida por: NADH, ATP, acetil-CoA y ácidos grasos

• Piruvato deshidrogenasa (E1): produce la eliminación del átomo de carbono del piruvato. Para actuar requiere pirofosfato de tiamina (TPP) como coenzima, y origina como producto un acetaldehído, de manera similar a la fermentación alcohólica.
• Dihidrolipoil transacetilasa (E2): emplea dos lipoamidas como coenzimas enzimáticas, que utiliza para transferir el acetaldehído a una molécula de CoA (coenzima A), a la vez que lo oxida originado el acetil-CoA.
• Dihidrolipoil deshidrogenasa (E3): esta última enzima ayuda en la regeneración de las lipoamidas de la dihidrolipoil transacetilasa, para lo cual requiere como coenzima FAD, que las oxida. Finalmente los electrones de la oxidación serán cedidos por el FADH₂ a un molécula de NAD⁺, formando NADH + H⁺.

Las coenzimas lipoato, biotina y la combinación de β-mercaptoetilamina y pantotenato forman brazos largos y flexibles de forma covalente, actuando como ligaduras que transportan intermediarios de un sitio activo al siguiente.

RESUMEN: El piruvato, producto de la glucólisis se convierte en acetil-CoA, por acción del complejo de la piruvato deshidrogenasa.

• El complejo de la piruvato deshidrogenasa está compuesto por múltiples copias de tres enzimas: piruvato deshidrogenasa E1 (con su coenzima TPP), dihidrolipoil transacetilasa, E2 (con su grupo lipoílo) y dihidrolipoil deshidrogenasa, E3 (con sus coenzimas FAD y NAD⁺).
• E1 cataliza la descarboxilación del piruvato. Los electrones de esta oxidación reducen el disulfuro del lipoato unido a E2 y se transfiere el grupo acetilo en forma de enlace tioéster con un grupo -SH reducido.
• E2 cataliza la transferencia del grupo acetilo a la coenzima A formando acetil-CoA.
• E3 cataliza la regeneración de la forma disulfuro del lipoato. Los electrones pasan primero al FAD y a continuación al NAD⁺.

Fases del Ciclo de Krebs

1. Formación del Citrato. Condensación

La reacción ocurre a través de un intermediario citril-CoA, una molécula inestable, el equilibrio se desplaza hacia la formación de citrato. Esta reacción es catalizada por la enzima citrato sintasa. Ciclo del ácido cítrico. Citrato sintasa:

• Activada por: ADP
• Inhibida por: citrato, NADH, ATP y succinil-CoA

2. Formación de Isocitrato. Deshidratación-hidratación

El citrato necesita ser isomerizado a isocitrato para su posterior oxidación. Dos reacciones: deshidratación, hidratación. Reacción catalizada por la enzima aconitasa.

3. Oxidación de Isocitrato. Descarboxilación Oxidativa

Reacción catalizada por la enzima isocitrato deshidrogenasa. Esta enzima es dependiente de NAD⁺. Isocitrato deshidrogenasa:

• Inhibida por: ATP
• Activada por: Ca²⁺ y ADP

4. Oxidación de α-cetoglutarato. Descarboxilación Oxidativa

El complejo α-cetoglutarato deshidrogenasa es semejante al complejo piruvato descarboxilasa, tiene 3 actividades enzimáticas análogas y las mismas cinco coenzimas: pirofosfato de tiamina (TTP), NAD⁺, FAD, ácido lipoico y HS-CoA. ENTRA CoA-SH y NAD⁺ y SALE NADH. α-cetoglutarato deshidrogenasa:

• Inhibida por: NADH, succinil-CoA
• Activada por: Ca²⁺

5. Conversión de Succinil-CoA a Succinato. Fosforilación a Nivel de Sustrato

ENTRA GDP + Pi y SALE GTP + CoA-SH

6. Oxidación de Succinato. Deshidrogenación

ENTRA FAD y SALE FADH₂

7. Hidratación de Fumarato

8. Oxidación de Malato. Deshidrogenación

Oxaloacetato y NADH son nuevamente utilizados por el ciclo y la cadena transportadora de electrones.

RESUMEN CICLO KREBS: El ciclo del ácido cítrico es una ruta catabólica de siete reacciones secuenciales, tres de las cuales son irreversibles. El acetil-CoA ingresa al ciclo cuando la citrato sintasa cataliza su condensación con oxaloacetato para formar citrato. Por cada acetil-CoA oxidado en el ciclo del ácido cítrico se obtienen 3 NADH, 1 FADH₂ y una molécula de nucleósido trifosfato (ATP ó GTP). Este ciclo es anfibólico ya que sirve para el anabolismo como el catabolismo.

Regulación del Ciclo de Krebs

La regulación del ciclo del ácido cítrico depende de dos factores:

• Disponibilidad de sustrato: para que ocurra el ciclo debe aumentar la concentración de acetil-CoA y oxaloacetato.
• Modulación de enzimas clave: Las enzimas que llevan a cabo pasos irreversibles están reguladas mediante efectores alostéricos: La citrato sintasa y la α-cetoglutarato deshidrogenasa se inhiben por succinil-CoA y NADH + H⁺, mientras que la isocitrato deshidrogenasa se inhibe principalmente por ATP y NADH + H⁺.

Función del Ácido Cítrico en el Anabolismo

Los intermediarios del ciclo son repuestos mediante reacciones anapleróticas.

Reacciones Anapleróticas

Son aquellas que producen intermediarios del ciclo del ácido cítrico.

Ciclo del Glioxilato

En plantas, ciertos invertebrados y algunos microorganismos (incluidos E. coli y levaduras) el acetato es utilizado como combustible y como fuente de fosfoenolpiruvato para la síntesis de glúcidos. Las enzimas de este ciclo, en plantas, se encuentran en los glioxisomas.

En estas conversiones participan cuatro vías diferentes: la degradación de ácidos grasos en acetil-CoA (en los glioxisomas), el ciclo del glioxilato (en los glioxisomas), el ciclo del ácido cítrico (en las mitocondrias) y la gluconeogénesis (en el citosol). Los vertebrados carecen del ciclo del glioxilato y no pueden sintetizar glucosa a partir de acetato o de ácidos grasos que forman acetil-CoA.

Fosforilación Oxidativa

Al final del ciclo del ácido cítrico, la célula ha ganado solo 4 ATP, 2 en la glucólisis y 2 en el ciclo del ácido cítrico. Sin embargo, ha capturado electrones en 10 NADH y 2 FADH₂. Estos transportadores depositan sus electrones en el sistema de transporte de electrones localizado en la membrana interna de la mitocondria en células animales.

La cadena transportadora de electrones ocurre en la membrana interna de la mitocondria.

Componentes de la Cadena Respiratoria

1. COMPLEJOS: proteínas con transportadores de electrones.
2. TRANSPORTADORES DE ELECTRONES
   1. Coenzimas hidrosolubles: NAD⁺, NADP⁺, FMN, FAD.
   2. Quinonas: Transportadores en medio no acuoso (membranas). Ubiquinona (Co Q ó Q).
   3. Citocromos: Proteínas con grupo prostético hemo.
   4. Proteínas ferro-sulfuradas: Proteínas con Fe asociado a átomos de S.

1. COMPLEJOS PROTEICOS

• Complejo I: NADH-CoQ oxidorreductasa (Transporte de electrones desde el NADH).
• Complejo II: Succinato-CoQ reductasa (Transporte de electrones desde el FADH₂).
• Complejo III: Ubiquinol citocromo c oxidorreductasa.
• Complejo IV: Citocromo c oxidasa.

2. TRANSPORTADORES DE ELECTRONES

Hay tres tipos de transferencias de electrones en la fosforilación oxidativa:

• Transferencia directa de electrones (ej. en la reducción de Fe³⁺ a Fe²⁺)
• Transferencia de un átomo de hidrógeno (H⁺ + e^–)
• Transferencia de un ion hidruro (:H^–) que es portador de electrones.

NAD⁺ y NADH: Responsable de la entrada de electrones por el Complejo I.

FMN y FADH₂:

• FMN presente en el complejo I.
• FADH₂ entrada de electrones por el Complejo II.

COENZIMA Q. UBIQUINONA:

• Difunde libremente por la membrana.
• No está ligado a ninguna proteína.
• Puede transferir 1 ó 2 electrones.
• La cola isoprenoide proporciona a la molécula su carácter apolar, permitiéndole una difusión rápida a través de la membrana mitocondrial interna.

CITOCROMO:

• Proteínas con un grupo hemo.
• Transfieren 1 electrón mediante la óxido-reducción del Fe.
• Clasificación según su espectro de absorción: a, b, c.
• Citocromos a y b están en los complejos III y IV.
• Citocromo c es una proteína soluble, se asocia con la membrana interna.

Proteínas de hierro/azufre:

• El hierro está asociado a iones de azufre o a azufre en residuos de Cys.
• Fe-S: el hierro está coordinado a 4 grupos de Cys.
• Pueden haber dos o 4 átomos de Fe asociados.

Cadena Transportadora de Electrones

Es un sistema ligado a membrana que transfiere electrones desde moléculas orgánicas al oxígeno.

La CTE comprende dos procesos:

1. Los electrones son transportados a lo largo de la membrana, de un complejo de proteínas transportador a otro.
2. Los protones son translocados a través de la membrana, esto significa que son pasados desde el interior o matriz hacia el espacio intermembrana. Esto construye un gradiente de protones. El oxígeno es el aceptor terminal de los electrones, combinándose con electrones e iones H⁺ para producir agua.

Los tres componentes de la cadena respiratoria son:

– 3 grandes complejos proteicos con moléculas transportadoras – un componente no proteico que es transportador: UBIQUINONA (Q) que es liposoluble. – y una proteína transportadora pequeña: citocromo c que es periférica y se ubica en el espacio intermembrana

Cadena Transportadora de electrones.

Complejo I  El complejo I, también llamado NADH-ubiquinona oxidorreductasa o NADH deshidrogenasa transfiere los dos electrones del NADH a una flavina (FMN), que de uno en uno irán pasando por centros de Fe-S hasta reducir Ubiquinona (Q). Por cada par de electrones transferidos se bombean, desde la matriz hasta el espacio intermembrana, 4 protones.

Complejo II:es la succinato deshidrogenasa, única enzima del ciclo de del ácido cítrico unida a la membrana, que pasa los electrones del FADH2 a la ubiquinona.

Toma electrones del succinato. Otros intermediarios metabólicos, el glicerol 3-fosfato y el acil-CoA, transfieren electrones a la ubiquinona sin pasar por el complejo II. Los electrones pasarán a través de flavoproteínas (FAD) y varios centros de Fe-S hasta la ubiquinona. En el complejo II no hay bombeo de protones. El Amital, la rotenona y la piericidina A inhiben el flujo de electrones desde los centros de Fe-S del Complejo I a Ubiquinona, bloqueando los procesos de la fosforilación oxidativa

El complejo III, también llamado citocromo bcj o complejo ubiquinonacitocromo c oxidorreductasa, transfiere, de uno en uno, los dos electrones de la Ubiquinona reducida el Citocromo c. Para ello los electrones pasan por distintas subunidades que contienen grupos prostéticos hemo del tipo b y c y centros Fe-S, realizando el llamado ciclo Q.   El resultado neto de todo el proceso es el bombeo de 4 protones desde la matriz hasta el espacio intermembrana, por cada 2 electrones transferidos.
El complejo IV, también llamado citocromo c oxidasa, es la última etapa de la cadena de transporte electrónico de la respiración, lleva los electrones del citocromo c al oxígeno, reduciéndolo a H2O. Contiene subunidades con grupos hemo tipo a y con centros binucleares que contienen iones Cu. Todos ellos implicados en la transferencia de electrones de uno en uno. Por cada 4 electrones que pasan a través del complejo, se consumen 4 protones de la matriz para generar 2 H2O y otros 4 son bombeados al espacio intermembrana

Modelo quimiosmótico
El flujo de electrones a través de los complejos I, III y IV implica el bombeo de unos 10 protones por cada 2 electrones. Cuando la cadena se inicia en el complejo II, el bombeo neto será de 6 protones. El gradiente de protones generado, permite la síntesis acoplada de ATP por la ATP sintasa (fosforilación oxidativa).

ATP sintasa
El mecanismo de síntesis de ATP es una catálisis rotacional mediada por el giro de la subunidad γ
• Esta enzima une la oxidación con la fosforilación. • Es una proteína oligomérica. • Subunidad F0: cruza la membrana, tiene cuatro cadenas polipeptídicas. Canal que conduce los protones. • Subunidad F1: da hacia la matriz y consta de cinco cadenas polipeptídicas. Lleva a cabo la síntesis de ATP ATP sintasa
Los protones (indicados por +) entran nuevamente en la matriz mitocondrial a través de los canales que forma el complejo enzimático de la ATP sintasa. Esta entrada se acopla a la síntesis de ATP a partir de ADP y Fosfato (Pi)

Transporatdores para que funcione la fosforilacion oxidativa:Transportadores necesarios para que funcione correctamente la fosforilación oxidativa.
El gradiente de protones favorece el funcionamiento de los 2 transportadores:
– El translocador ADP-ATP. – La translocasa de fosfato
 

Desacopladores
Son un grupo de sustancias que inhiben la fosforilación del ADP. El oxígeno se reduce para dar agua, pero no se produce las síntesis del ATP. Si se remueve el desacoplador ocurre la síntesis del ATP. Ejemplos: 2,4-dinitrofenol, oligomicina, aurovertina, valinomicina y gramicidina

resumen El flujo de electrones a través de los complejos I, III y IV da lugar al bombeo de protones a través de la membrana mitocondrial interna haciendo que la matriz sea alcalina con respecto al espacio intermembrana.
El gradiente de protones (fuerza protón-motriz) sumado a la transferencia electrónica a través de los complejos (I al IV) suministra la energía para la síntesis del ATP.
La ATP sintasa lleva a cabo la “catálisis rotacional” en el que el flujo de protones a través de F0 hace que cada uno de los tres sitios de unión de nucleótidos de F1 cicle desde la conformación que une (ADP + Pi) a la que une ATP y finalmente a la vacía.
La proporción de ATP sintetizado por O2 reducido a H2O (la razón de P/O) es de unos 2,5 ATP cuando los electrones entran a la cadena por el complejo I y de 1,5 ATP cuando los electrones entran a coenzima Q y el Complejo II.

rendimiento tot 1NADH = 2,5 ATP 1FADH2 = 1,5 ATP

Respiración aeróbica versus fermentación
GLICÓLISIS
1NADH = ~3 ATP 1FADH2 = ~ 2 ATP

Lanzaderas.
• El NADH citosólico no puede penetrar la membrana mitocondrial, pero sus electrones se movilizan desde el citosol a la matriz a través de dos lanzaderas.
• Estas lanzaderas son: – La lanzadera del malato – aspartato – La lanzadera del glicerol 3-fosfato

Vía de las pentosas fosfato.
• Es una ruta de oxidación. • No produce ATP. • Ocurre principalmente en el tejido adiposo donde se genera el poder reductor para la síntesis de ácidos grasos. • Se divide en dos fases: oxidativa y no-oxidativa
Funciones – Produce poder reductor en la forma de NADPH para sistemas que llevan a cabo reducción:
• Biosíntesis de ácidos grasos. • Regeneración de glutatión
– y la generación de diversos monosacáridos.
Regulación:
enzima limitante de la velocidad del ciclo: glucosa 6-fosfato deshidrogenasa (G6PD)

FASE NO OXIDATIVA Vía de las pentosas fosfato.
Tiene como una de sus finalidades la obtención de diversos monosacáridos de longitud entre 3 y 7 átomos de carbono: