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La TEORIA QUIMIOSMÓTICA DE MITCHELL
Les decía la vez pasada le decía que las sustancias tienen un potencial de reducción que no es
mas que la capacidad de estas en participar en una reacción de oxidación-reducción, entonces la
reacción de referencia es la reducción de los protones en solución (2H+ + 2 e ---- H2) dos
protones generan la molécula de hidrogeno, eso en química se hace a un ph, con una
concentración de 1 M y un voltaje de cero, pero para nosotros no tiene sentido ese ph y lo
penemos a condiciones fisiológicas de ph = 7 y como ustedes ven hay a ph de 7 el Potencial R
es de 0.42 con respecto a este se miden todos los demás.
En la tabla de los potenciales de reducción hay una columna de agentes oxidantes y reducidos y
para leer esta se de comparar la sustancia de tal suerte que siempre va a encontrar una sustancia
reducidora y una oxidada, o una oxidada y una reducida dependiendo del nivel donde se
encuentre la sustancia, si tomamos en cuenta el citocromo C con respecto al NADH , (hacia mas
arriba en la tabla mas reductor y entre mas abajo mas oxidante) como el NADH es mas reductor
este va a reducir al citocromo C oxidado para producir NAD oxidado y citocromo C reducido. Si
yo le pongo un problemita en el parcial lo primero que debe hacer es ubicar al más reductor y
donde esta el mas oxidante, entonces el mas reductor va a dar un compuesto oxidado y el más
oxidado uno reducido. Hagamos otro ejemplo: acetato-acetaldehido; NAD-NADH, el mas
reductor es el acetaldehído por tanto el mas oxidante es el NAD por tanto la reacción va a ser:
acetaldehído + NAD ------ acetato + NADH. Esa seria entonces la reacción espontánea.
Como les decía en la cadena respiratoria los electrones fluyen espontáneamente desde el NADH
hasta los oxígenos. En los complejos I y III tienen proteína hierro azufre y estos complejos desde
el primero al último cofactores metálicos son de gran importancia ya que permiten el paso de los
electrones de uno en uno, estos elementos de transición pueden variar su estado de oxidación en
una unidad por la necesidad cuántica de la reducción univalente de la molécula de oxigeno, los
citocromos C es otro tipo de cofactores de la cadena respiratoria con sus grupos hemo que le
mencionaba que la aparición del citocromo C en el citosol una de las señales de apoptosis celular
y esta embebida en la membrana mitocondrial interna asi que uno puede deducir que la mayor
cantidad de aminoácidos que componen a esa proteína son hidrofóbicos pero el actor es el grupo
hemo que es el que recibe a el electrón y lo pasa a su vez.
Muy bien la hay esta la coenzima Q que se reduce y se oxida por radicales libre es decir
aceptando o donando un electrón, recuerde que este es el segundo acarreador (componentes
móviles que comunican los complejos entre si: el citocromo C y la coenzima Q). La ecuación
global del ciclo de la coenzima Q que se reduce el citocromo C y se bombean 4 protones eso ya
es aceptado y de allí es que salen los 4 electrones que bombea el complejo III, acuérdense que la
síntesis de ATP se paga con protones.
Que es lo que se explica el proceso de fosforilación oxidativa, fue dada la explicación Peter
Mitchel, Teoria quimiosmotica de Mitchell “para que se de el proceso de fosforilación
oxidativa en la mitocondrial se necesita una membrana mitocondrial interna intacta” porque
precisamente esa membrana es lo que va a mantener el gradiente electroquímico, es decir que la
energía que se genera del transporte de electrones se mantiene a través de un gradiente eléctrico
y uno de concentración, ok. Que dice Mitchel, no es que se equivocó en las matemáticas es que
en ese tiempo no se conocía el transportador de fosfato entonces Mitchel decía que por cada ATP
se requería tres protones pero ahora se sabe que son cuatro, entonces en que consiste el proceso
de FO, dos procesos: transporte de electrones y la síntesis de ATP. Cuando el complejo
correspondiente se reduce (complejo I) con NADH (el complejo II con FADH2) de alguna
manera, que es bastante especulación, se supone que el complejo toma cierta cantidad de
protones (4) de la matriz mitocondrial y cuando se reoxida (cuando los e pasan al siguiente
componente, coenzima Q que los pasa al complejo III) estos protones son reenviados pero a la
matriz intermembranal porque recuérdense que 3 de los 4 complejos de la cadena trasportadora
son bombas de protones, que es lo que produce el bombeo de protones pues el transporte de
electrones porque este es un proceso altamente exergónico que calculamos la cantidad de energía
(220 kJ/mol ) entonces ese bombeo de protones produce un gradiente electroquímico, esto es
porque en el espacio intermembranal hay mas cargas positivas que aca dentro quiere decir que
se bombea protones hacia donde hay más protones siendo este proceso altamente endergónico,
pero lo que paga esta energía es el transporte de electrones y no solo eso deja que en la matriz de
la mitocondria con poco protones es decir con ph mas alto y eso se ha medido. Evidentemente
esos protones van a querer volver a la matriz por donde? Recuerden el postulado de Mitchel “la
membrana mitocondrial interna es impermeable a los iones especialmente a los protones, por eso
el decía que necesitaba una membrana mitocondrial intacta, si esta se daña el sistema se
cortocircuita.
El transporte de electrones produce bombeo de protones esto produce un gradiente
electroquímico y estos van a querer volver y esto lo aprovecha el complejo F0/F1 , recuérdese
que el complejo quinto que no forma parte de la cadena respiratoria esta formada por F0
(conducto de protones) y F1 (ATP sintasa) solamente cuando los protones están reentrando por
aquí (¿? Dentro del complejo F0/F1) es cuando la F1 esta activa, sino hay entrada de protones no
hay síntesis de ATP como vamos a ver mas adelante con los desacopladores que son de gran
importancia como vamos a ver ya que permitieron conocer el mecanismo de la fosforilación
oxidativa y porque tienen importancia clínica. Entonces vuelvo y repito tres de los cuatro
complejos son bombas de protones (el complejo I: bombea 4 protones, CIII: 4 protones y el CIV:
2 , es decir que por cada dos electrones se bombean 10 protones recuerden que el complejo II es
la misma enzima que pertenece al ciclo de K. la Succinato DH es una enzima común y es el
único componente que no esta disuelta en la membrana mitocondrial interna ella esta disuelta en
la matriz mitocondrial ella es el centro de acopio del FADH2.
El transporte de electrones es endergónico que promueve un proceso altamente endergónico es
un ejemplo de acoplamiento bioquímico.
Saquemos las cuentas dice la filmina que por cada NADH que se oxida se bombea 10 protones
que equivale a la cantidad de protones que se utilizan para reducir a un atomo de oxigeno, antes
se media la relación P/O que muestra cuanto ATP se genera por cada atomo de hidrogeno que se
reduce, entonces si usted divide la relación H/O entre P/O esto nos da la relación H/P que nos da
cuenta de cuantos protones deben ser bombeados al espacio intermembranal para que se
sintetice un ATP y de hay es donde sale la cuenta de 2,5 y 1,5 que ante era 3 y 2 mire que
independientemente de quien entregue los e (NADH o FADH) la relación me da igual mírelo en
la filmina. Dicho de otra manera la síntesis de ATP se paga con Protones bombeados.
Las cuentas apuntan a que aparentemente tres protones requiere la ATP sintasa no desde el punto
de vista mecanistico sino que la entrada de protones como iones hidronio hacen que esta
cambien de conformación, ya que esta formada por 3 cadenas que son isómeros
conformacionales distintos estos son la conformación luz, la taigh (no estoy seguro de su
escritura) y la conformación cerrada, laxa, abierta. El chorro de ATP hace que cambie de una
conformación a la otra y esto favorece la salida de ATP del sitio catalítico ya que a la enzima no
le cuesta sintetizar ATP pero es que esta no lo quiere soltar hasta cuando los protones le hacen
cosquillas (de manera burda y ejemplar).
Porque el FADH2 solo entrega 6 electrones: porque no entrega a través del complejo uno lo hace
del dos al tres solo provoca el bombeo de 6 protones.