Cadena De Transporte De Electrones

1) oxidar a ciertas moléculas orgánicas, generando nuevos compuestos con propiedades diferentes. Por ej. el citocromo P450 cataliza la hidroxilación de compuestos aromáticos haciéndolos más solubles en soluciones acuosas. También, los aminoácidos pueden ser oxidados para producir neurotransmisores.
2) producir energía para impulsar procesos biológicos termodinámicamente desfavorables, tales como la síntesis de proteínas, ácidos nucleicos o la contracción muscular.

proceso de oxidación de los combustibles metabólicos a CO2 y H2O, con la participación del O2 como aceptor final de los electrones provenientes de los nutrientes y la consecuente generación de ATP a partir de ADP y fosfato (Pi).

La transferencia de electrones desde el NADH o el FADH2 al oxígeno es un proceso muy exergónico, por lo que la reoxidación de las coenzimas es responsable de la mayor parte de la síntesis de ATP que se forma durante el metabolismo (32 de los 36 ATP que se forman por oxidación aeróbica de la glucosa en las células eucariotas).

1) El metabolismo oxidativo, en el cual electrones y H+ se transfieren desde distintas moléculas a coenzimas oxidadas, con la consiguiente reducción de las mismas
2) La reoxidación de las coenzimas reducidas por transferencia de los electrones al O2, acompañada indirectamente por la formación de ATP.

Es el proceso de transferencia de electrones desde las coenzimas reducidas hasta el oxígeno

1) Vía glucolítica aeróbica, para los glúcidos
2) β-oxidación, para los AG
3) El ciclo de los ácidos tricarboxílicos (CTC), responsable de la oxidación completa del acetil-CoA,
4) La cadena de transporte de electrones, necesaria para la reoxidación de de coenzimas a expensas del oxígeno molecular, y
5) la fosforilación oxidativa (FO), la síntesis de ATP a partir de ADP y Pi utilizando la energía de un gradiente de protones que se genera durante el transporte de electrones.

• Es permeable a pequeñas moléculas
• La permeabilidad de esta membrana se atribuye a la
presencia de una proteína transmembrana llamada porina, que forma canales o poros.

• En cambio, la membrana interna, más rica en proteínas, es prácticamente impermeable a sustancias polares e iónicas.
• El agua, el CO2 y el O2 son algunas de las pocas moléculas que la pueden atravesar libremente.
• La mayoría de las moléculas que atraviesan la membrana mitocondrial interna lo hacen únicamente por a través de proteínas transportadoras específicas.
• Por ejemplo, el ATP y el ADP no difunden libremente a través de la membrana mitocondrial. Una proteína transportadora específica, ATP-ADP translocasa permite que estas moléculas cargadas atraviesen la membrana.

La síntesis mitocondrial de proteínas puede
bloquearse con antibióticos, como el cloranfenicol, la tetraciclina, y otros del grupo de los macrólidos, pero no se inhibe por cicloheximida como los ribosomas citoplasmáticos.

• Directamente como electrones (por ej. de Fe2+ a Fe3+)
• Como hidrógeno (H+ + e-) (reacciones en las que interviene el FAD)
• Como hidruro (H-) (deshidrogenadas ligadas a NAD)
• Por combinación directa de un reductor orgánico con O2 (hidroxilación de
esteroides)

• A igual concentración de reactantes y productos, los electrones tenderán a fluir espontáneamente desde un transportador con un valor de E°’ menor hacia otro con E°’ mayor.
• Debemos tener en cuenta que debido a que las concentraciones de reactivos y productos no siempre son iguales, lo que determinará la dirección del flujo electrónico no será el potencial estándar, sino el potencial real que tiene en cuenta las concentraciones de todas las moléculas participantes en el proceso del transporte, y su estado de
oxidación.
• Los electrones se desplazarán entonces en la dirección de un E°’ mayor, si los reactivos (las formas reducidas de los dadores de electrones y las formas oxidadas de los aceptores), están presentes en una concentración relativa suficientemente alta con sus
productos (dadores oxidados y aceptores reducidos).

Finalmente, aún si el proceso es termodinámicamente favorable, puede que no ocurra a menos que los transportadores estén lo suficientemente cerca. Los contactos entre transportadores en la cadena respiratoria dependerán de cómo están ubicados los hemos, flavinas, quinonas y centros Fe-S en las proteínas a las que se unen, y de cómo están acomodadas las proteínas en las membranas

• A partir de la membrana interna mitocondrial se pueden aislar cuatro complejos enzimáticos denominados I, II, III y IV.
• Además, se puede aislar y caracterizar el complejo V o ATPasa o ATP sintasa que cataliza la síntesis de ATP en un proceso denominado fosforilación oxidativa, que en sentido estricto no es un componente de la cadena de transporte de electrones.

Cada complejo acepta o dona electrones a acarreadores o transportadores relativamente “móviles”: la coenzima Q y el citocromo c. Cada acarreador de la cadena de transporte de electrones puede recibir electrones de un dador y
subsecuentemente donarlos al siguiente acarreador de la cadena. Finalmente el oxígeno acepta electrones y protones, formando agua.
• Este requerimiento por oxígeno hace que este proceso de transporte de electrones se denomine también cadena respiratoria, que consume la mayoría del oxígeno consumido por un organismo aerobio.

Con la excepción de la coenzima Q, todos los miembros de esta cadena son proteínas. Estas proteínas pueden funcionar como enzimas -como en el caso de varias deshidrogenasas-, pueden contener hierro como parte de su centro hierro-azufre o
pueden contener cobre -como en el caso de los citocromos a y a3-.

• NADH deshidrogenasa
• Grupos prostéticos: FMN, 7 Fe-S centros

• succinato-CoQ reductasa
• Grupos prostéticos: FAD, cyt b560, 3 Fe-S centros

• CoQ-citocromo c reductasa
• Grupos prostéticos: cit b, cit c1, Fe-S

• Citocromo oxidasa
• Grupos prostéticos: cit a, cit a3, CuA, CuB

La fosforilación oxidativa comienza con la entrada de electrones en la cadena respiratoria. La mayoría de esos electrones provienen de reacciones catalizadas por ciertas enzimas llamadas deshidrogenasas, que colectan electrones de diferentes vías catabólicas y los canalizan en los aceptores universales de electrones que son los:
1) nucleótidos de nicotinamida (NAD+ o NADP+), y
2) los nucleótidos de flavina.

Las deshidrogenadas que usan NAD+ como cofactor remueven 2 átomos de hidrogeno de sus sustratos. Uno de ellos es transferido como ion hidruro (:H-) al NAD+; el otro es liberado como H+ al medio.

• Tiene una estructura similar al NAD+, pero el hidroxilo 2' del NAD+ está esterificado con ácido fosfórico. Participa en generalmente en reacciones anabólicas.
• Tanto el NAD+ como el NADP+ se asocian reversiblemente a las enzimas y ninguno de ellos puede atravesar la membrana mitocondrial interna.

•Están unidos covalentemente a la enzima.
• Los nucleótidos de flavina oxidados pueden aceptar uno o dos electrones cuando están oxidados y ceder uno o dos electrones cuando están reducidos.

•También llamada ubiquinona, es una quinona con una larga cadena isoprenoide.
• Las características hidrofóbicas de esta molécula determinan su alta movilidad dentro de la membrana mitocondrial.
• Los grupos carbonilo que están presentes en la forma oxidada de la molécula se reducen aceptando cada uno de ellos un electrón y un protón, de modo que cada una de las dos funciones cetona se transforman en función alcohol.
• La forma reducida de la molécula se denomina ubiquinol.

• Otras proteínas participan en el transporte de electrones en el complejo NADH DH y entre los citocromos. Son proteínas con hierro (hierro no hemínico) y azufre.
• Los átomos de Fe, que se unen a los grupos sulfhidrilo de cisteínas de las proteínas, participan en la transferencia de electrones pasando del estado férrico al estado ferroso y viceversa.

Son proteínas que poseen la característica de absorber luz de determinada longitud de onda en el rango visible debido a que contienen un hemo como grupo prostético. Las mitocondrias contienen 3 clases de citocromos: a, b y c.

Observando los valores de los potenciales de reducción de los distintos transportadores de electrones se puede deducir que a través de la cadena respiratoria, los electrones fluyen en el mismo sentido en que se incrementan los potenciales de reducción de los diferentes transportadores: desde los componentes de menor potencial de reducción hacia los de mayor potencial de reducción.

La trayectoria que siguen los electrones desde las coenzimas reducidas hasta llegar al O2 está determinada por los potenciales de reducción de los
distintos transportadores. Además, estos transportadores tienen que estar dispuestos de
manera que los electrones puedan ser transferidos en el orden indicado por los potenciales de reducción, es decir con la proximidad adecuada.

• Este complejo cataliza simultáneamente 2 procesos acoplados
1) NADH + H+ + CoQ ---> NAD+ + CoQH2
2) la transferencia endergónica de 4 protones desde la matriz al espacio intermembrana cada 2 electrones transferidos.

El Complejo I actúa como una bomba de protones impulsada por la energía que proviene de la transferencia de electrones, moviendo los protones desde la matriz (que comienza a estar negativamente cargada) al espacio intermembrana (que comienza a estar positivamente cargado).

El dominio que contiene la FMN con la que interactúa
el NADH penetra en la matriz mitocondrial. La CoQ reacciona dentro del dominio de membrana. Los centros hierro-azufre están en el dominio de unión al NADH en un dominio conector cercano al segmento de membrana. Las reacciones rédox que ocurren
son las siguientes:
• NADH + H+ + FMN --> NAD+ + FMNH2
• FMNH2 + (Fe-S)ox --> FMNH+ + (Fe-S)red + H+
Luego, el FMNH es reoxidado por transferencia de electrones con el siguiente centro hierro–azufre:
• FMNH· + (Fe-S)ox --> FMN + (Fe-S)red + H+

Los electrones pasan a través de una serie de centros Fe-S dentro del complejo I hasta que son transferidos a la CoQ, que acepta 2 electrones y toma 2 H+ para dar la CoQ reducida (o ubiquinol): CoQH2.

• Este complejo forma parte del ciclo
de Krebs.
• El aceptor inicial de electrones es el FAD, que es reducido a FADH2 durante la oxidación del succinato a fumarato.
• El FADH2 es luego reoxidado por transferencia de electrones a través de una serie de 3 centros Fe-S a la CoQ, generando CoQH2:
FAD -> FeScentro 1 -> FeScentro 2 ->FeScentro 3 -> CoQ

Otros sustratos de las deshidrogenasas mitocondriales
también pasan electrones a la cadena respiratoria a nivel de la ubiquinona (CoQ), pero no a través del Complejo II.

El primer paso en la β- oxidación de los ácidos grasos activados (acil-CoA) por la flavoproteína acil-CoA
deshidrogenasa consiste en la transferencia de electrones desde el sustrato al FAD unido a la enzima.
A continuación, los electrones son cedidos a la proteína transferidora de electrones (ETFP) que a su vez, transfiere los electrones a la ETFP-Ubiquinona óxido reductasa. Esta reductasa es una proteína Fe-S, que también tiene unido un nucleótido de flavina y pasa los electrones a la cadena respiratoria al reducir a la CoQ.

El glicerol-3-fosfato se convierte en
dihidroxiacetona fosfato (DHAP) en una reacción
catalizada por la glicerol-3-fosfato deshidrogenasa,
localizada en la cara externa de la membrana
mitocondrial interna, que reduce a la CoQ (lanzadera
del glicerol fosfato)

• Este complejo recibe electrones de la CoQH2 que se generó por la transferencia de electrones en los complejos I y II. Dentro de su compleja estructura, los electrones son transferidos por los citocromos b y por el Fe3+ de proteínas férricas no hémicas.
• La reducción de cada citocromo c ocurre cuando recibe UN electrón; es decir, en esta etapa hay un cambio en la estequiometría de la cadena de transporte de electrones, que en las etapas anteriores era de DOS electrones en cada paso.
• Finalmente, el Complejo III acopla la transferencia de electrones de QH2 a 2 citocromos c, con el transporte de cuatro protones desde la matriz mitocondrial al espacio intermembrana.
• El grupo prostético del complejo III es el citocromo c1, que reduce al citocromo c que a su vez, es el dador de electrones al complejo IV.

•Este complejo recibe electrones del citocromo c y
los transfiere al oxígeno para realizar la siguiente reacción irreversible:
• 1⁄2 O2 + 2 H+ + 2 e- ----> H2O
• El complejo citocromo oxidasa contiene hemo a, hemo a3, CuA (que consiste en 2 átomos de Cu adyacentes) y CuB.. Por cada dos electrones que pasan a través del complejo IV se transfieren 2 H+ hacia el espacio intermembrana.
• Para reducir 1⁄2 molécula de O2 y dar, como consecuencia, 1 molécula de H2O, se requieren 2
citocromos c.

La energía de la transferencia de electrones es conservada como un gradiente de protones (energía potencial).

La reacción neta de transferencia de electrones a través de la cadena respiratoria es altamente exergónica (ΔG < 0).
El transporte de electrones a través de la cadena no
cumple solamente con la función de reoxidar a las coenzimas reducidas (NADH o
FADH2), sino también generar ATP a partir de ADP + Pi. La energía liberada en la transferencia de electrones entre determinados componentes de la cadena es utilizada para la síntesis de ATP.

Diversos compuestos químicos tienen efectos tóxicos debido a que inhiben en sitios específicos el transporte de electrones a través de la cadena respiratoria.

La rotenona (insecticida) y el amital (un
barbiturato) inhiben la cadena a nivel de la NADH deshidrogenasa. Por lo tanto, los electrones o equivalentes de reducción derivados de la deshidrogenasa unida al NAD+ no son oxidados por la cadena de transporte de electrones en presencia de rotenona, mientras que los derivados de las deshidrogenasas unidas al FAD son libremente oxidados.

El malonato(análogo estructural del succinato) inhibe a nivel de la succinato deshidrogenasa.

• El antibiótico antimicina A inhibe la transferencia de electrones a nivel de citocromo b, mientras que el paso terminal catalizado por la citocromo c oxidasa es inhibido por cianuro, azida de sodio o monóxido de carbono.
• El cianuro y la azida se combinan con el Fe3+ del hemo en los citocromos a y a3 e impiden su reducción por los electrones que derivan del citocromo c reducido.
• El monóxido de carbono se une al Fe2+ de citocromo oxidasa. Por lo tanto, la inhibición del transporte de electrones mitocondrial resulta en una alteración de la función normal generadora de energía y lleva a la muerte del organismo.

• La transferencia de electrones a través de la cadena respiratoria es acompañada por el bombeo de protones desde la matriz mitocondrial hacia el espacio intermembrana.
• Este mecanismo tiene como consecuencia la generación de una diferencia en la concentración de protones a ambos lados de la MMI, es decir, un gradiente de pH (ΔpH).
• Según la teoría quimiosmótica, la energía derivada del transporte de electrones a través de la cadena se almacena en el gradiente de protones y luego se utiliza para la síntesis de ATP cuando los protones retornan pasivamente a la matriz mitocondrial a través de un poro de protones.

En estas condiciones, el medio presente en la matriz mitocondrial se alcaliniza (se hace menos ácido) respecto al medio del espacio intermembrana, ambos separados por la membrana mitocondrial interna. Dado que el protón es una especie química con carga eléctrica, se genera en realidad, un gradiente electroquímico (o sea de concentración y de carga).

La energía electroquímica asociada a esta diferencia en la concentración de protones y a la separación de cargas, se denomina fuerza protón-motriz y representa la conservación parcial de la energía de oxidación de los combustibles

La síntesis de ATP es catalizada por un complejo enzimático denominado ATP-sintasa, que se localiza en la membrana mitocondrial interna y está formado por dos componentes principales llamados fracción F1 y fracción Fo (sensible a oligomicina)

• El componente F1 proyecta hacia la matriz
mitocondrial y el Fo forma un poro o canal través de la membrana mitocondrial interna.
• La porción F1 purificada y aislada no sólo no cataliza la síntesis de ATP, sino que cataliza la reacción inversa, es decir la hidrólisis del ATP formando ADP + Pi, por lo que originalmente se la denominó F1-ATPasa.
• F1 está constituida por seis subunidades (tres pares de subunidades α y β) que tienen varios sitios de unión de ADP y ATP y que forman como “una cabeza” apoyada sobre un tallo constituido por las subunidades δ (delta), γ (gama), y ε (épsilon).

Fo es, a su vez, un complejo proteico integral de la MMI formado por cuatro o más subunidades diferentes que conforman un canal transmembrana a través del cual pueden pasar los protones.

El complejo completo F1-Fo, al igual que F1 aislada, puede catalizar la hidrólisis de ATP, pero su función biológica es la reacción inversa, es decir la condensación de ADP y Pi, para formar ATP. Por lo tanto, el complejo F1-Fo se denomina correctamente
ATP-sintasa.

La parte principal del complejo F1 está formado por
tres dímeros αβ. Esta unidad tiene forma de hexámero. La actividad catalítica de este
hexámero está localizada en las subunidades β. Las subunidades γ y ε están unidas al anillo c, y giran con él. Cada rotación de 120° de la subunidad γ induce la aparición de cambios de conformación en los centros catalíticos de las unidades β de los dímeros αβ,
provocando la alteración de los centros de fijación de los nucleótidos situados en β. De esta forma, los centros de fijación de nucleótidos van alternando entre tres estados: O = estado abierto, L = unión libre y T= unión tensa (en inglés, tight).

Aunque la composición de aminoácidos de las
tres subunidades β es idéntica, sus conformaciones
difieren en parte por su asociación a la subunidad γ.
Los dímeros αβ son asimétricos, cada uno de ellos
presenta una conformación diferente en cada estado.
Las tres subunidades β interactúan de modo tal que,
cuando una adopta la conformación O, otra adopta la conformación L y la otra una conformación T. La
conformación T posee mayor afinidad para ATP que
para ADP + Pi y disminuye con ello la constante de
velocidad de la reacción en valores cercano a uno;
es decir, sustrato y producto se encuentran en
condiciones estándar, cerca de la equimolaridad.

La síntesis de ATP se inicia en el estado L con la unión de ADP y Pi. El siguiente estado es la conformación T en el que se produce la condensación del ADP + Pi para formar ATP con la formación de un enlace fosfodiéster. Finalmente, el estado O deja libre el producto ATP, y vuelve nuevamente al estado L, iniciando la siguiente ronda de síntesis.

Por lo tanto, una rotación completa de la subunidad γ provoca que cada subunidad β atraviese tres conformaciones posibles y en cada rotación se sintetizan y se liberan de la superficie de la enzima tres moléculas de ATP. La interconversión direccional
y cíclica de los estados O, L y T, permite una producción continua de ATP, acoplada a la
disipación del gradiente de protones. Este mecanismo se conoce como mecanismo de cambio de la fijación.

El paso dependiente de energía no es la síntesis de ATP, sino su liberación de un lugar de unión compacta. Esta liberación se produce por la rotación de γ, lo que requiere energía, y que impulsa los cambios conformacionales de los dímeros αβ.

La oligomicina bloquea a la fracción Fo. En presencia de oligomicina, los protones no pueden fluir hacia la matriz a través del complejo F1-Fo (que está bloqueado por la oligomicina).
Por lo tanto, sin la posibilidad del retorno de protones hacia la matriz mitocondrial y a medida que continúa el bombeo de protones por la actividad de la cadena de transporte de electrones, el gradiente no sólo no se disipa, sino que se va incrementando hasta que la energía que se necesita (cada vez mayor) para bombear un protón hacia el espacio intermembrana (en contra de su gradiente), iguala o supera la energía que se obtiene en el transporte de
electrones.
En esa situación, se interrumpe la transferencia de electrones, la energía libre del proceso completo del flujo de electrones y el bombeo de protones se hace igual a cero y por lo tanto se alcanza el estado de equilibrio

Algunos de estos desacoplantes son ácidos débiles hidrofóbicos que pueden difundir fácilmente a través de la membrana mitocondrial. Luego de entrar a la matriz mitocondrial en estado no disociado, pueden disociarse (porque se encuentran en un medio relativamente alcalino), liberar protones y con ello, disipar el gradiente de protones.
Dado que se produce un “cortocircuito”, los protones no atraviesan la ATP-sintasa y por lo tanto no hay síntesis de ATP.

Los ionóforos interactúan con iones inorgánicos rodeándolos de un medio hidrofóbico y los complejos formados atraviesan fácilmente la membrana mitocondrial interna.
Por ejemplo, la valinomicina forma un complejo lipídico con iones K+, que de esta forma pueden atravesar la membrana mitocondrial. La entrada de cargas positivas neutraliza el exceso de cargas negativas dentro de la matriz, disipa el gradiente eléctrico (aunque no el químico) y, por lo tanto, disminuye la fuerza protón-motriz. Por lo tanto, la
valinomicina disminuye significativamente la síntesis de ATP, sin bloquear la transferencia de electrones al O2.

• La membrana mitocondrial interna es impermeable a especies cargadas, pero contiene dos sistemas específicos para el transporte de ADP y Pi hacia la
matriz mitocondrial y de ATP hacia el citosol.
• La traslocasa de nucleótidos de adenina
se extiende a través de la membrana mitocondrial interna, une ADP3- del lado citosólico y
lo transporta hacia la matriz, intercambiándolo
simultáneamente por ATP4- que se transporta
hacia el citosol.
• Como este mecanismo de contra-transporte mueve cuatro cargas negativas hacia afuera y tres hacia adentro (es decir el balance es la salida de una carga negativa neta), su acción se favorece por el gradiente
electroquímico (que tiene más cargas negativas adentro que afuera). Por lo tanto, la fuerza protón-motriz favorece el intercambio de ATP/ADP a nivel mitocondrial.

Existe un inhibidor específico de este transportador, el atractilósido, un glicósido altamente tóxico.
La toxicidad de este compuesto reside, precisamente, en su capacidad de inhibir la llegada del ATP al citosol y por ello la inhibición de los procesos citosólicos que requieren ATP.

El otro sistema de transporte esencial en la fosforilación oxidativa es la translocasa
de fosfatos, que transporta conjuntamente H2PO4- y H+ hacia la matriz a través de un mecanismo de cotransporte que también está favorecido por el gradiente de protones.

• Las determinaciones estequiométricas indican que cuando se transfiere un par de electrones a partir del NADH a través del complejo I se translocan 4 H+ y los complejos III y IV translocan 6 H+ entre ambos.
• Además, se ha detectado que por cada ATP sintetizado se toman 3 o 4 H+ del espacio intermembrana que son utilizados para transportar ADP, ATP y Pi a través de la membrana mitocondrial interna.
• Cuando se calcula la relación fosfato/oxígeno (P/O) se obtiene un número exacto y actualmente se considera que el rendimiento de la cadena respiratoria acoplada a la fosforilación oxidativa es de 2,5 cuando se oxida un NADH (10/4) y de 1,5 cuando se oxida un FADH2 (6/4).

En ausencia de ADP, el consumo de O2 es muy bajo.
Se denomina “control por aceptor” a la dependencia de la respiración con la concentración de ADP. En algunos tejidos, el ADP puede aumentar hasta 10 veces el consumo de O2. Cuanto mayor es la disponibilidad de ADP para la fosforilación oxidativa, la velocidad de la respiración aumenta, causando la regeneración de ATP. Este proceso continúa hasta que el cociente de concentraciones alcanza los niveles normales altos y entonces la respiración celular se hace más lenta.

Se pueden realizar experimentos para demostrar el acoplamiento entre la cadena de transporte de electrones y la síntesis de ATP. Cuando se suspenden mitocondrias aisladas en una solución, a pH regulado, que contiene ADP y Pi, y luego se agrega un
sustrato oxidable como el succinato o el malato, se producen tres procesos:
1.- se oxida el sustrato
2.- se consume O2 y
3.- se sintetiza ATP
Se puede determinar que cuando se usa malato como sustrato oxidable se producen 2,5 moles de ATP/mol de malato, mientras que con el succinato se obtienen 1,5 moles de ATP/mol de succinato. Este experimento nos indica que aún en condiciones
aisladas, las mitocondrias consumen O2 y son capaces de realizar síntesis de ATP.
También se puede utilizar un electrodo de O2 para medir sus niveles en la suspensión de mitocondrias. Determinando como varía la concentración de O2 a lo largo del tiempo se obtiene el consumo de O2 mitocondrial.

Cuando a una suspensión de mitocondrias aisladas se agrega una mezcla de ADP y Pi, no se modifican ni el consumo de O2 ni la síntesis de ATP.
Cuando se agrega succinato, rápidamente aumenta la respiración (es el consumo de O2 es mayor) y se sintetiza ATP. Si entonces se agrega cianuro
(CN-) que bloquea la transferencia de electrones entre la citocromo oxidasa y el O2, ambos procesos se detienen.
Dado que la energía de oxidación del sustrato (succinato, en este caso), es necesaria para la síntesis de ATP, no debería sorprendernos que un inhibidor del pasaje de electrones al O2 (el cianuro), bloquee la síntesis de ATP.

También se puede comprobar el acoplamiento entre la oxidación y la fosforilación mediante el uso de oligomicina, que inhibe la ATP sintasa (en particular la fracción Fo) mitocondrial. cuando se agrega oligomicina a una suspensión de mitocondrias, se detienen tanto la síntesis de ATP como el consumo de O2. Dado que la oligomicina sólo actúa directamente sobre la síntesis de ATP, el hecho de
que esta droga también bloquee el consumo de O2, demuestra que, en condiciones fisiológicas, ambos procesos están acoplados, es decir, cada uno de estos procesos (transporte de electrones o síntesis de ATP) no ocurre si el otro se inhibe (síntesis de ATP
o transporte de electrones).

Existen, sin embargo, ciertas condiciones y/o reactivos que permiten desacoplar la oxidación de las coenzimas de la fosforilación del ADP. Por ejemplo, cuando las mitocondrias aisladas se rompen mecánicamente o por el uso de detergentes, en los fragmentos de membrana obtenidos se puede observar que persiste la transferencia de
electrones al O2, pero no se produce la síntesis de ATP. Asimismo, como ya se mencionó, ciertos compuestos químicos pueden desacoplar ambos procesos sin romper la estructura mitocondrial. Estos desacoplantes químicos incluyen ácidos débiles con
propiedades hidrofóbicas, como por ejemplo el 2,4-dinitrofenol (DNP) y compuestos denominados ionóforos que se unen a iones inorgánicos y los rodean de una estructura hidrofóbica que fácilmente atraviesa la membrana. Como se observa en la figura anterior, cuando se agrega DNP a una suspensión de mitocondrias, aún en presencia de oligomicina (que interrumpe la síntesis de ATP), se restablece el consumo de O2.

En la mayoría de los mamíferos, incluyendo el hombre, los recién nacidos tienen un tipo de tejido adiposo particular, llamado tejido adiposo pardo, en el cual la oxidación de combustibles no se utiliza sólo para la síntesis de ATP, sino también para generar calor y mantener la temperatura corporal.
Este tejido especializado está
localizado en la parte posterior del cuello de los recién nacidos y tiene color marrón
debido a la presencia de un gran número de mitocondrias y por lo tanto de citocromos
cuyos grupos hemo absorben fuertemente la luz visible. Las mitocondrias de este tejido
oxidan combustibles, fundamentalmente ácidos grasos, transfieren sus electrones a través de la cadena respiratoria y como consecuencia se bombean protones hacia el
espacio intermembrana, análogamente a lo que ocurre en otros tipos celulares.

Sin embargo, las mitocondrias de este tejido poseen una proteína particular en la membrana
interna, la termogenina, también llamada proteína desacoplante que es una proteína
integral de membrana a través de la cual los protones pueden volver a la matriz
mitocondrial sin atravesar el complejo F1-Fo.Como consecuencia de este “cortocircuito”
de protones, la energía de oxidación no se conserva en la síntesis de ATP, sino que se
disipa como calor y contribuye a mantener la temperatura corporal.

existen otras cadenas que transportan
electrones desde coenzimas reducidas hasta el O2 con liberación de energía que es
utilizada con otros fines. Los transportadores de todos estos sistemas se hallan siempre
asociados a membranas.

Las oxidasas son enzimas que catalizan la oxidación de diferentes sustratos
utilizando O2 como aceptor de electrones. El oxígeno no se incorpora en la molécula
oxidada. Un ejemplo de este tipo de enzimas es la citocromo oxidasa de la cadena
respiratoria que hemos descripto. En este caso el oxígeno recibe 2 electrones e incorpora
2 H+ del medio y forma H2O. Una gran mayoría de las oxidasas son flavoproteínas.

Las oxigenasas catalizan reacciones de oxidación en las que un sustrato se oxida
a expensas del oxígeno, pero a diferencia de las oxidasas, en este caso el oxígeno se
incorpora en la molécula oxidada.

Las dioxigenasas catalizan reacciones en las que los
dos átomos de la molécula de O2 se incorporan en el sustrato.

Las monooxigenasas tienen un mecanismo de acción más complejo. Catalizan reacciones donde uno sólo de los átomos del O2 se incorpora en el sustrato, en tanto que el otro átomo de oxígeno se reduce a H2O. Las monooxigenasas requieren dos sustratos que actúan como reductores de los dos átomos del O2: el sustrato principal acepta uno de los dos átomos de O2, el cosustrato aporta los átomos de hidrógeno para reducir el otro átomo de oxígeno a H2O.
AH + BH2 + O - O ----> A- OH + B + H2O

Localización celular: fracción microsómica hepática (retí**** endoplásmico)
Dador de equivalentes de reducción: NADPH o NADH
Componentes: flavoproteínas - citocromo P450 – proteínas con Fe-S -citocromo b5

catalizan la hidroxilación de diferentes sustratos, como aminoácidos, escualeno,
fármacos como fenobarbital, anfetaminas, morfina. Intervienen además en la desaturación
de ácidos grasos. El citocromo P450 es inducible, es decir la síntesis de todas las
enzimas que integran este complejo se incrementa cuando se ingieren drogas, por
ejemplo anfetaminas o barbitúricos, que son metabolizadas por este complejo. En estos
casos se ha observado la proliferación del retí**** endoplásmico liso. Esto explica por qué
aquellas personas que habitualmente consumen por ejemplo barbitúricos, los metabolizan
más rápidamente y deben aumentar la dosis para mantener el efecto deseado.

Localización celular: MMI de tejidos esteroidogénicos: corteza suprarrenal, testí****, ovario, placenta
Dadores de equivalentes de reducción: NADPH
Componentes: citocromo P450 - proteína con Fe-S (adrenodoxina) - adrenodoxina
reductasa (flavoproteína)
Función: hidroxilación de esteroides.