CADENA TRANSPORTADORA D'ELECTRONS: COMPONENTS, SEQÜÈNCIA, INHIBIDORS - BIOLOGIA - 2025

La cadena transportadora d'electrons consisteix en un conjunt de molècules proteiques i coenzims dins d'una membrana. Com el seu nom ho indica, s'encarrega de l'transport d'electrons des de les coenzims NADH o FADH2 fins al receptor final que és O2 (oxigen molecular).

En aquest procés de transport, l'energia alliberada a l'transferir els electrons des de les coenzims fins l'oxigen molecular mitjançant centres redox units a proteïnes, aquesta associada a la producció d'energia (ATP). Aquesta energia s'obté gràcies a el gradient de protons que es genera a la membrana interna mitocondrial.

Font: User: Rozzychan

Aquest sistema de transport es compon de diversos components que poden trobar-se en al menys, dos estats d'oxidació. Cada un d'ells és eficaçment reduït i reoxidado durant el moviment dels electrons des NADH o FADH2 fins al O2.

Les coenzims NAD + i FAD són reduïdes en les rutes d'oxidació d'àcids grassos i el cicle de l'àcid cítric com a conseqüència de l'oxidació de diversos substrats. Posteriorment aquestes coenzims són oxidades a la cadena de transport electrònic.

De manera que el sistema de transport electrònic consisteix en una seqüència de reaccions d'òxid-reducció que es troben connectades entre si.

Components de la cadena

Depenent de l'tipus d'organisme es poden observar de 3 a 6 components constituint la cadena transportadora d'electrons. El procés de transport d'electrons i la síntesi d'ATP per la fosforilació oxidativa, són processos que ocorren en una membrana.

En el cas de les cèl·lules procariotes (bacteris aeròbics), aquests processos succeeixen associats a la membrana plasmàtica. En les cèl·lules eucariotes ocorre en la membrana mitocondrial, de manera que els components de l'transport d'electrons es troben a la part interna de la membrana.

Els electrons són transferits de forma gradual a través de quatre complexos que componen la cadena de transport electrònic.

Cada complex compta amb diversos components proteics associats a grups prostètics (components no aminoacídics de proteïnes conjugades) redox, que permeten que els seus potencials de reducció augmentin.

A més, aquest sistema de transport està compost per diverses espècies moleculars com flavoproteínas; coenzim Q també anomenada ubiquinona (CoQ o UQ); diversos citocroms com citocrom b, c, c1, ai a3; proteïnes amb grups Fe-S i proteïnes unides a Cu. Aquestes molècules es vinculen a la membrana, amb excepció de citocrom c.

complex I

El complex I anomenat NADH coenzim quinona oxidoreductasa, o NADH deshidrogenasa, es compon d'al voltant de 45 cadenes de polipèptids i conté una molècula de flavina mononucleòtid (FMN) i de vuit a nou agrupaments Fe-S. Com el seu nom indica, aquest complex transfereix un parell d'electrons des de la coenzim NADH fins CoQ.

La funció de l'complex NADH deshidrogenasa comença amb la unió de l'NADH a aquest complex pel costat de la matriu de la membrana mitocondrial interna. Els electrons són després transportats des de NADH fins a la FMN. Posteriorment, els electrons passen des de la flavina reduïda (FMNH2) fins a les proteïnes amb Fe-S.

La FMNH2 funciona com una mena de pont entre el NADH i les proteïnes Fe-S, ja que aquestes últimes només poden transferir un sol electró, mentre que el coenzim NADH transfereix 2, de manera que les flavinas realitzen aquesta transferència d'un únic electró gràcies al seu estat redox de semiquinona.

Finalment, els electrons són transferits des dels agrupaments Fe-S a la coenzim Q, que és un transportador mòbil d'electrons amb una cua isoprenoide que el torna hidrofòbic permetent travessar el centre de la membrana mitocondrial.

complex II

El complex II, millor conegut com succinat deshidrogenasa, és una proteïna integral de la membrana interna mitocondrial, i és un enzim que intervé en el cicle de l'àcid cítric.

Aquest complex es compon de dues subunitats hidrofíliques i dues hidrofòbiques amb grups hemo b que proveeixen el lloc d'unió per a la CoQ, a més d'una flavoproteína i una proteïna amb Fe-S.

En el cicle de l'àcid cítric (Cicle de Krebs o d'àcid tricarboxílic), el succinat és convertit a fumarat per la succinat deshidrogenasa, reduint el coenzim FAD a FADH2. Des d'aquesta última coenzim, els electrons es transfereixen als centres Fe-S que al seu torn els transfereixen a la CoQ.

Durant les reaccions d'aquesta transferència d'electrons, el potencial redox estàndard és molt baix, el que impedeix que s'alliberi l'energia lliure necessària per sintetitzar ATP.

Això vol dir, que el complex II és l'únic complex de la cadena de transport d'electrons incapaç de proveir energia per a la síntesi d'ATP. No obstant això, aquest complex és clau en el procés, ja que transfereix els electrons des FADH2 a la resta de la cadena.

complex III

El complex III, complex citocrom BC1 o CoQ citocrom c reductasa, transfereix els electrons des de la coenzim Q reduïda fins al citocrom c. Aquesta transferència passa a través d'una única via redox, que es coneix com el cicle Q.

Aquest complex es compon d'una proteïna amb Fe-S-tres citocroms diferents, en els quals l'àtom de ferro situat en el grup hemo varia cíclicament entre els estats reduït (Fe2 +) i oxidat (Fe3 +).

Els citocroms són hemoproteínas de transport electrònic, que posseeixen activitat redox. Estan presents en tots els organismes, a excepció d'alguns anaerobis obligats.

Aquestes proteïnes posseeixen grups hemo que s'alternen entre dos estats d'oxidació (Fe2 + i Fe3 +). El citocrom c és un transportador mòbil d'electrons associada feblement a la membrana interna dels mitocondris.

Els citocroms trobats en aquest complex són els citocroms b, cya, els 3 són proteïnes redox actives amb grups hem amb diferents característiques, que alternen els seus estats d'oxidació entre Fe2 + i Fe3 +.

El citocrom c és una proteïna perifèrica de membrana que funciona com a "llançadora" d'electrons amb citocrom c1 i amb el complex IV.

complex IV

El citocrom ci l'O2 són els receptors finals dels electrons derivats de l'oxidació de material orgànic, de manera que el complex IV o citocrom c oxidasa és l'enzim terminal en el procés de transport electrònic. Aquest accepta els electrons des del citocrom ci els transfereix cap a la reducció d'O2.

La funció de l'complex és catalitzar oxidacions d'un electró de les quatre molècules consecutives de citocrom c reduït, és a dir, redueix simultàniament quatre electrons d'una molècula d'O2, produint finalment dues molècules d'H2O.

Seqüència de l'transport d'electrons

Els electrons es transfereixen des dels complexos I i II fins al complex III gràcies a la coenzim Q, i des d'allí passen a el complex IV per mitjà de citocrom c. A el passar dels electrons per aquests quatre complexos augmenten el potencial de reducció, alliberant energia, que és després usada per a la síntesi d'ATP.

En total, la transferència d'un parell d'electrons provoca la translocació de 10 protons a través de la membrana; quatre en els complexos I i IV i dos d'el complex III.

NADH deshidrogenasa

Aquest enzim catalitza l'oxidació del coenzim NADH per la coenzim Q. Els electrons es mouen des del NADH fins al FMN que aquesta unit a la cua hidrofílica de l'complex I. Els agrupaments de Fe-S transfereixen als electrons d'un per vegada. Aquests grups Fe-S redueixen a la CoQ, que aquesta embeguda en la membrana, fins ubiquinol (CoQ reduïda).

Durant la transferència dels electrons fins a la CoQ, quatre protons són al seu torn transferits a través de la membrana interna, fins a l'espai intermembranal. El mecanisme pel qual són translocats aquests protons involucra proteïnes localitzades a la cua hidrofòbica de l'complex I.

El procés de transferència dels electrons en aquest pas allibera energia lliure, específicament -16,6 kcal / mol.

CoQ-citocrom c reductasa i el Cicle Q

La coenzim Q és oxidada pel citocrom c, en una reacció catalitzada per aquesta coenzim. L'oxidació de l'ubiquinol (CoQ reduït) ocorre en un determinat lloc de l'complex (Eclesiastès o lloc d'oxidació) a la membrana mitocondrial, transferint dos electrons, un a la proteïna amb els grups Fe-S i un altre als grups hemo.

En el cicle Q, l'oxidació de CoQ produeix semiquinona, que és d'on es traslladen els electrons fins als grups hemo b1 i bh. Mentre aquesta transferència d'electrons passa, una segona CoQ s'oxida al lloc Qo, repetint-se el cicle.

Aquest cicle provoca la transferència de dos electrons al seu torn la translocació de quatre protons a l'espai intermembranal, amb l'alliberament de -10,64 kcal / mol d'energia lliure.

Citocrom c oxidasa

Aquest enzim (complex IV) catalitza l'oxidació de citocrom c (reduït) per l'O2, que és l'acceptor final d'electrons. Aquesta transferència produeix una molècula d'H2O per cada parell d'electrons transferit a més de la translocació de protons a través de la membrana.

Els electrons es desplacen d'un en un, des del citocrom c reduït fins a un parell d'ions Cua, després passen a un grup hemo ai finalment arriben a el centre binuclear de l'complex que conté ions Cub i hemo a3, on ocorre la transferència de quatre electrons fins l'oxigen.

En el complex IV els elements transfereixen els electrons d'un en un, de manera que l'O2 es redueix de forma gradual, de manera que no passa l'alliberament d'alguns compostos tòxics com el superòxid, peròxid d'hidrogen o radicals hidroxils.

L'energia alliberada en aquesta etapa correspon a -32 kcal / mol. El gradient electroquímic generat durant el procés de transferència i els canvis d'energia (ΔE) ocasionats per un parell d'electrons a el passar pels quatre complexos, correspon, en cada etapa, a l'energia lliure necessària per a la producció d'una molècula d'ATP.

succinat deshidrogenasa

Com s'ha esmentat, aquest complex té l'única però important funció d'introduir els electrons de l'FADH2 des del cicle de l'àcid cítric a la cadena transportadora d'electrons.

Aquest enzim catalitza l'oxidació del coenzim FADH2 per la coenzim Q (rovellada). En el cicle de l'àcid cítric a l'oxidar-se el succinat a fumarat, dos electrons i dos protons es transfereixen a FAD. Posteriorment el FADH2 transfereix aquests electrons fins CoQ a través dels centres Fe-S de l'complex.

Finalment, des de la CoQ els electrons es transfereixen a el complex III, seguint els passos anteriors.

Els complexos de la cadena són independents

Els quatre complexos que conformen la cadena de transport electrònic són independents, és a dir, es troben i operen de forma independent a la membrana interna mitoconcrial, i el moviment de cada un d'ells en la membrana no depèn ni aquesta lligat amb els altres complexos.

Els complexos I i II es desplacen a la membrana transferint els seus electrons a CoQ que es difon també a la membrana i els transfereix fins al complex III, des d'on passen els electrons a citocrom c que també resulta mòbil a la membrana i diposita els electrons en el complex IV.

Inhibidors de la cadena de transport electrònic

Sobre la cadena de transport electrònic actuen alguns inhibidors específics que interfereixen en el seu procés. La Rotenona és un insecticida usat comunament que s'uneix estequiomètricament a l'complex I, evitant la reducció de la CoQ.

Alguns fàrmacs de tipus barbitúrics com Piericidina i Amytal, inhibeixen a l'complex I, interferint en la transferència dels electrons des dels grups Fe-S a la CoQ.

En el complex II alguns compostos com el thenoiltrifluoroacetona i el malonat actuen com a inhibidors competitius amb el succinat, evitant la seva oxidació i al seu torn la transferència d'electrons a FAD.

Alguns antibiòtics com myxotiazol i stigmatellin, s'uneixen als llocs Q d'unió de la CoQ, inhibint la transferència dels electrons des de la coenzim Q fins als centres Fe-S de les proteïnes.

El cianur, l'azida (N3-), l'àcid sulfúric, i el monòxid de carboni inhibeixen a el complex IV. Aquests compostos s'uneixen als grups hemo, evitant la transferència dels electrons a centre binuclear de el complex o a l'oxigen (O2).

A l'inhibir-la cadena transportadora d'electrons, s'atura la producció d'energia per la fosforilació oxidativa, ocasionant danys greus i fins i tot la mort de l'organisme.

referències

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2004). Essential cell biology. New York: Garland Science. 2th Edition.
2. Cooper, GM, Hausman, RE & Wright, N. (2010). La cèl·lula. (Pp. 397-402). Ed. Marbán.
3. Devlin, TM (1992). Textbook of biochemistry: with clinical correlations. John Wiley & Sons, Inc.
4. Garrett, RH, & Grisham, CM (2008). Bioquímica. Ed. Thomson Brooks / Cole.
5. Rawn, JD (1989). Bioquímica (No. 577.1 RAW). Ed. Interamericana-McGraw-Hill
6. Voet, D., & Voet, JG (2006). Bioquímica. Ed. Mèdica Panamericana.