Unidad 8. El catabolismo

Presentación

COMPLEJOS DE LA CADENA TRANSPORTADORA DE ELECTRONES:

I. NADH-DESHIDROGENASA. capta dos electrones del NADH y los transfiere a un transportador liposoluble denominado ubiquinona (Q). El producto reducido, que se conoce con el nombre de ubiquinol (QH₂) puede difundir libremente por la membrana, llevando los electrones al Complejo III. Al mismo tiempo, el Complejo I transloca cuatro protones a través de membrana y produce un gradiente de protones.

El NADH es oxidado a NAD⁺, y reduce al FMN a FMNH_2.

_{II. SUCCINATO-DESHIDROGENASA,} es un complejo proteico ligado a la membrana interna mitocondrial que interviene en el ciclo de Krebs (catalizando la oxidación del succinato con el FAD, dando fumarato y FADH2) y en la cadena de transporte de electrones, y que contiene FAD. A este nivel, entran los 2 electrones del FADH2 producido en el Ciclo de Krebs. Es el único complejo en el que no se produce una translocación de H+. Acoplando la reacción 6 del Ciclo de Krebs a la cadena respiratoria, la succinato-deshidrogenasa cataliza la siguiente reacción:

succinato+ ubiquinona (CoQ ox) ------->fumarato+ ubiquinol (CoQ red), intermediado por el FAD, que en el ciclo de Krebs se convierte en FADH2, el cual reduce a la CoQ en la cadena respiratoria.

Es decir, este complejo es la vía de entrada de los electrones del FADH2 a la cadena respiratoria, dándole los electrones al CoQ, que los lleva hasta el Complejo III. Como el FADH2 introduce sus electrones en la cadena después del primer translocador de H+, solo va a generar energía para producir 2 ATP.

III. CITOCROMO bc_1: obtiene dos electrones desde QH₂ y los transfiere al citocromo c (pasando primero por el citocromo b), que es una proteína periférica de la membrana mitocondrial interna transportadora de electrones, hidrosoluble que se encuentra en el lado del espacio intermembrana de la mitocondria. Al mismo tiempo, transloca cuatro protones a través de la membrana por los dos electrones transportados desde la CoQ reducida.

Los citocromos son metaloporfirinas (proteínas que tienen un anillo compuesto de 4 pirroles, llamado porfirina, que encierra un átomo metálico), del tipo hemo, es decir, con un catión de hierro en el centro, como la hemoglobina o la mioglobina.

Todo el proceso de transporte electrónico va desde niveles energéticos superiores (potencial redox más negativo) a niveles energéticos inferiores (potencial más positivo), de modo que la energía desprendida es empleada en bombear protones contragradiente electroquímico al espacio intermembrana:

Por cada 4H+ translocados se va a producir un ATP en el complejo V o ATPasa (ATP -Sintasa); de modo que como el NADH mitocondrial cede sus electrones al complejo I, va a originar 3ATP. Como el FADH2 lo hace después del complejo I, solo va a originar 2 ATP. Respecto al NADH citosólico, el de la glucólisis, depende qué lanzadera utilice para entrar en la matriz (necesita una lanzadera ya que las membranas mitocondriales son impermeable al NADH). Si utilizan la lanzadera del glicerol-3-P, que transfiere los electrones al FAD, se originan 2 ATP (esto ocurre en las células musculares y cerebrales, ya que permiten una mayor velocidad en la fosforilación oxidativa, pero solo van a rendir 36 ATP/glucosa). Si utilizan para entrar la lanzadera alternativa, la del malato, su rendimiento energético es mayor, ya que los electrones del NADH son transferidos al Complejo I, originando 3 ATP, y rindiendo 38 ATP/glucosa. Esto ocurre en las células del músculo cardíaco, renales y hepáticas). 

IV. CITOCROMO OXIDASA: 

El citocromo a capta dos electrones del citocromo c que se transfieren al oxígeno (1/2O₂), para producir una molécula de agua (H₂O). Al mismo tiempo, se translocan 2 protones al espacio intermembrana, por los dos electrones. Además "desaparecen" de la matriz 2 protones que forman parte del H₂O:

_{V. ATPasa, ATP-SINTASA O ATP-SINTETASA:} 

La hipótesis del acoplamiento quimiosmótico, lo que el valió el Premio Nobel de Química a Peter D. Mitchell, explica que la cadena de transporte de electrones y la fosforilación oxidativa están acopladas por el gradiente de protones. El flujo de protones crea un gradiente de pH y un gradiente electroquímico. Este gradiente de protones es usado por el complejo V o ATP sintasa para formar ATP vía la fosforilación oxidativa. La ATP sintasa actúa como un canal de iones que "devuelve" los protones a la matriz mitocondrial, de modo que cada 3H+ que se unen a la ATPasa para pasar a la matriz, la enzima gira, a modo de turbina, convirtiendo la energía cinética liberada al rotar en energía química formando ATP  a partir de ADP y Pi.

La ATP sintasa forman ATP utilizando la energía libre procedente del gradiente de protones, utilizando el hecho de que los protones tienden a volver al interior del orgánulo, y sólo pueden hacerlo a través de la ATP sintasa, ya que la membrana interna es impermeable a los protones.

Cuando los protones son bombeados fuera de la matriz, el espacio intermembrana se convierte en más ácido y con mayor carga positiva que en la matriz. La matriz es más básica y más negativa.  Mitchell utilizó el término “quimiosmótico” para describir las reacciones enzimáticas en las que intervienen, simultáneamente, una reacción química y un proceso de transporte.

Esta enzima está formada por dos complejos principales. Uno, que atraviesa la membrana mitocondrial interna 

se llama F_o

. El otro, que sobresale de la membrana, se llama F₁ .

El acoplamiento con la fosforilación oxidativa es un paso clave en la producción de ATP. Sin embargo, en ciertas ocasiones desacoplarlo puede tener usos biológicos. En la membrana interna mitocondrial de los tejidos adiposos marrones existe una gran cantidad de termogenina, que es una proteína desacopladora, que actúa como una vía alternativa para el regreso de los protones a la matriz. Esto resulta en consumo de la energía en termogénesis en vez de utilizarse para la producción de ATP. Esto puede ser útil para generar calor cuando sea necesario, por ejemplo en invierno o durante la hibernación de ciertos animales.

También se conocen desacoplantes sintéticos como el caso del 2,4-dinitrofenol, que se ha usado como pesticida, debido a su alta toxicidad.

CALCULA REL RENDIMIENTO ENERGÉTICO (Nº DE ATP) A PARTIR DE UNA GLUCOSA OXIDADA TOTALMENTE CON EL CATABOLISMO AEROBIO

CATABOLISMO DE LOS TRIGLICÉRIDOS

El glicerol entra en la glucólisis, mientras que los ácidos grasos entran en el Ciclo de Krebs, a través de la beta-oxidación, que va escindiendo los A.G. en grupos acetilo que se unen al CoA, dando moléculas de AcCoA. Cada A.G. genera muchos más ATP que una glucosa (p.ej. el ácido palmítico produce 130 ATP).

CATABOLISMO DE LOS AMINOÁCIDOS

Los aa sufren una desaminación, dando lugar a cetoácidos, que entran en el Ciclo de Krebs, y amoníaco, que en los mamíferos, mediante el ciclo de la urea, se convierten en esta molécula menos tóxica, que se lleva a los riñones para su eliminación.