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Fosforilación Oxidativa fases y pasos

fosforilación oxidativa portada

La fosforilación oxidativa es la culminación de una serie de transformaciones de energía que se denominan respiración celular o simplemente respiración en su totalidad. Primero, los combustibles de carbono se oxidan en el ciclo del ácido cítrico para producir electrones con alto potencial de transferencia.

Luego, esta fuerza motriz electrónica se convierte en una fuerza motriz protónica y, finalmente, la fuerza motriz protónica se convierte en un potencial de transferencia de fosforilo.

La conversión de la fuerza motriz electrónica en fuerza motriz protónica se realiza mediante tres bombas de protones impulsadas por electrones: NADH – Q oxidorreductasa, Q-citocromo c oxidoreductasa y citocromo coxidasa.

Estos grandes complejos transmembrana contienen múltiples centros de reducción de oxidación, que incluyen quinonas, flavinas, grupos de hierro-azufre, hemes e iones de cobre. La fase final de la fosforilación oxidativa se lleva a cabo mediante la ATP sintasa, un conjunto sintetizador de ATP que es impulsado por el flujo de protones hacia la matriz mitocondrial.

Los componentes de esta notable enzima giran como parte de su mecanismo catalítico. La fosforilación oxidativa muestra vívidamente que los gradientes de protones son una moneda interconvertible de energía libre en los sistemas biológicos.

Que es la fosforilación oxidativa

Que es la fosforilación oxidativa

La fosforilación oxidativa (o de electrones transporte ligado a la fosforilación) es la vía metabólica en qué células utilizan las enzimas para oxidar los nutrientes, liberando así la energía que se utiliza para producir trifosfato de adenosina(ATP).

En la mayoría de los eucariotas, esto ocurre dentro de las mitocondrias. Casi todos los organismos aeróbicos llevan a cabo la fosforilación oxidativa. Probablemente, esta vía es tan generalizada porque es una forma altamente eficiente de liberar energía, en comparación con los procesos de fermentación alternativos, como la glucólisis anaeróbica.


Cadena de transporte de electrones y fosforilación oxidativa

Cadena de transporte de electrones y fosforilación oxidativa

La energía liberada por los electrones que fluyen a través de esta cadena de transporte de electrones se utiliza para transportar protones a través de la membrana mitocondrial interna , en un proceso denominado transporte de electrones.

Esto genera energía potencial en forma de un gradiente de pH y un potencial eléctrico a través de esta membrana. Esta fuente de energía se aprovecha cuando los protones fluyen de regreso a través de la membrana y descienden por el gradiente de energía potencial, a través de una gran enzima llamada ATP sintasa ; Este proceso se conoce como quimiosmosis .

La ATP sintasa utiliza la energía para transformar el difosfato de adenosina (ADP) en trifosfato de adenosina, en unaReacción de fosforilación . La reacción es impulsada por el flujo de protones, que fuerza la rotación de una parte de la enzima; La ATP sintasa es un motor mecánico rotativo.

Aunque la fosforilación oxidativa es una parte vital del metabolismo, produce especies reactivas de oxígeno como el superóxido y el peróxido de hidrógeno , que conducen a la propagación de radicales libres , dañan las células y contribuyen a la enfermedad y, posiblemente, al envejecimiento ( senescencia ). Las enzimas que llevan a cabo esta ruta metabólica también son el objetivo de muchos fármacos y venenos que inhiben sus actividades.

Cadena respiratoria y fosforilación oxidativaCadena respiratoria y fosforilación oxidativa

Durante la fosforilación oxidativa, los electrones se transfieren de los donantes de electrones a los aceptadores de electrones , como el oxígeno , en las reacciones redox . Estas reacciones redox liberan energía, que se utiliza para formar ATP.

En los eucariotas , estas reacciones redox se llevan a cabo por una serie de complejos de proteínas dentro de la membrana interna de las mitocondrias de la célula, mientras que, en procariotas , estas proteínas se encuentran en el espacio intermembrana de las células.

Estos conjuntos enlazados de proteínas se denominan cadenas de transporte de electrones.. En los eucariotas, están involucrados cinco complejos de proteínas principales, mientras que en los procariotas están presentes muchas enzimas diferentes, que utilizan una variedad de donantes y aceptores de electrones.

Como esta compuesta la fosforilación oxidativa

Como resultado, la razón por la que necesita oxígeno es para que sus células puedan usar esta molécula durante la fosforilación oxidativa, la etapa final de la respiración celular. La fosforilación oxidativa se compone de dos componentes estrechamente conectados: la cadena de transporte de electrones y la quimiosmosis.

En la cadena de transporte de electrones, los electrones pasan de una molécula a otra, y la energía liberada en estas transferencias de electrones se utiliza para formar un gradiente electroquímico. En la quimiosmosis, la energía almacenada en el gradiente se utiliza para hacer ATP.

fosforilación oxidativa
En conjunto, la cadena de transporte de electrones y la quimiosmosis conforman la fosforilación oxidativa .

Pasos y Fases

Los pasos clave de este proceso, que se muestran en forma simplificada en el diagrama anterior, incluyen:
 
  • Entrega de electrones por NADH y FADH.iniciar subíndice, 2, finalizar subíndicePortadores de electrones reducidos (NADH y FADHiniciar subíndice, 2, finalizar subíndice) desde otros pasos de la respiración celular, transfiera sus electrones a moléculas cercanas al comienzo de la cadena de transporte. En el proceso, vuelven a NAD.iniciar superíndice, más, finalizar superíndice y FAD, que puede reutilizarse en otros pasos de la respiración celular.

 

  • Transferencia de electrones y bombeo de protones. A medida que los electrones pasan a través de la cadena, se mueven desde un nivel de energía más alto a uno más bajo, liberando energía. Parte de la energía se utiliza para bombear Hiniciar superíndice, más, finalizar superíndiceIones, moviéndolos fuera de la matriz y en el espacio intermembrana. Este bombeo establece un gradiente electroquímico.

 

  • Separación del oxígeno para formar aguaAl final de la cadena de transporte de electrones, los electrones se transfieren a oxígeno molecular, que se divide por la mitad y ocupa Hiniciar superíndice, más, finalizar superíndice para formar agua.

 

  • Síntesis de gradiente de ATP. Como Hiniciar superíndice, más, finalizar superíndice Los iones fluyen por su gradiente y regresan a la matriz, pasan a través de una enzima llamada ATP sintasa, que aprovecha el flujo de protones para sintetizar ATP.

Proceso de fosforilación oxidativa

En las células eucariotas, la gran mayoría de la síntesis de ATP se produce en las mitocondrias en un proceso llamado fosforilación oxidativa. Incluso las plantas, que generan ATP por fotofosforilación en cloroplastos, contienen mitocondrias para la síntesis de ATP a través de la fosforilación oxidativa.

proceso de fosforilación oxidativa
El Dr. Peter Mitchell presentó una propuesta radical en 1961 para explicar el mecanismo por el cual las mitocondrias producen la ATP. Es conocida como la hipótesis quimiosmótica y se ha demostrado a lo largo de los años que es correcta.

La fosforilación oxidativa está vinculada a un proceso conocido como transporte de electrones. El sistema de transporte de electrones, ubicado en la membrana mitocondrial interna, transfiere electrones donados por los portadores de electrones reducidos NADH y FADH2 (obtenidos de la glucólisis, el ciclo del ácido cítrico o la oxidación de ácidos grasos) a través de una serie de aceptores de electrones, al oxígeno.

Como veremos, el movimiento de electrones a través de los complejos del sistema de transporte de electrones esencialmente “carga” una batería que se usa para hacer ATP en la fosforilación oxidativa. De esta manera, la oxidación de azúcares y ácidos grasos se acopla a la síntesis de ATP, extrayendo efectivamente la energía de los alimentos.