CADENA

TRANSPORTADORA DE
ELECTRONES
DE LA MEMBRANA
MITOCONDRIAL

Biologia
Universidad Santiago de Cali
 MITOCONDRIA
• Con frecuencia las mitocondrias se
describen como plantas energéticas
en miniatura. Extraen la energía de
materiales orgánicos y la almacenan
por un tiempo en forma de energía
eléctrica.
• En términos más específicos, la
energía obtenida de los sustratos se
utiliza para generar un gradiente
iónico a través de la membrana
mitocondrial interna.

• El uso de gradientes iónicos como

forma de energía requiere varios
componentes, incluido un sistema
para generar el gradiente, una
membrana capaz de mantenerlo y
los mecanismos para derivar el
gradiente de tal manera que pueda
realizar trabajo.
 POTENCIALES DE OXIDACIÓN - REDUCCIÓN
Agente Oxidante: Sustancia que provoca oxidación al aceptar electrones;
por lo tanto, se reduce.
Agente reductor: Sustancia que provoca la reducción al perder electrones;
por lo tanto, se oxida.
Oxidación: Pérdida de electrones
Reducción: Ganancia de electrones

Los agentes oxidantes y reductores se

encuentran en parejas: NAD+-NADH; O2-H2O
Con el movimiento de los electrones, se
genera una separación de carga que se
puede medir (voltaje). Esa medición se
conoce como potencial reducción – oxidación
o potencial redox.
La reacción en la que el NADH, un agente reductor potente, se oxida con oxígeno molecular, un agente
oxidante fuerte es la siguiente:

NADH + –1/2 O2 + H+ → H2O + NAD+

Los potenciales redox estándar de las dos parejas pueden escribirse como sigue:

1/2 O2 + 2 H+ + 2e– → H2O E′0 = +0.82 V

+ + –
NAD + 2 H + 2e → NADH + H + E′0 = –0.32 V
El cambio de voltaje para la reacción total es igual a la diferencia entre los dos valores de E′0 (Δ E′0):

Δ E′0 = +0.82 V – (–0.32 V) = 1.14 V

Que es una medida de la energía libre liberada cuando NADH se oxida por el oxígeno molecular en
condiciones estándar. De allí se puede calcular la energía libre liberada en la reacción:

ΔG°′ = (–2)(23.063 kcal/V · mol)(1.14V) = –52.6 kcal/mol de NADH oxidado

Al margen de lo anterior, parece que el descenso de energía libre de un par de electrones a su paso de
NADH al oxígeno molecular (ΔG°′ = –52.6 kcal/mol) debe ser suficiente para impulsar la formación de
varias moléculas de ATP (ΔG °′ = +7.3 kcal/mol) esto ocurre en pequeños pasos!
 TRANSPORTE DE ELECTRONES
La cadena de transporte de electrones en la membrana
mitocondrial interna es un proceso altamente eficiente
que utiliza la transferencia de electrones a través de
complejos proteicos y el bombeo de protones para
generar ATP, la principal fuente de energía utilizada
por las células para llevar a cabo sus funciones
metabólicas y biológicas.

Los electrones pasan de un miembro de la cadena de

transporte al siguiente en una serie de reacciones
redox. La energía liberada en estas reacciones se
captura como un gradiente de protones, el cual se
utiliza a su vez para formar ATP en un proceso
llamado quimiosmosis. En conjunto, la cadena de
transporte de electrones y la quimiosmosis constituyen
la fosforilación oxidativa.
 TIPOS DE PORTADORES DE ELECTRONES
H

La cadena transportadora de electrones CH3 C

C
C
N O
C Cis
Proteína O
C
C N H CH3OC C CH3
se compone de cinco tipos de portadores CH3 C C C C O
S
Cis CH3OC C (CH2 CH C
CH3
CH2)nH
C N N CH CH3 CH2 C
de electrones unidos a la membrana: H CH2
HC
S
CH CH
O Unidad isoprenoide
3
H C OH 3
Forma oxidada de ubiquinona
N N (estado de quinona)
H C OH

• Fe 3+

Flavoproteínas H C OH
CH OPO 2–
N N
– H+ – e– + H+ + e –

•
2 3

Citocromos Forma oxidada de FMN

H3C CH3
O
(estado de quinona)
• Átomos de cobre – H+ – e – + H++ e–
CH2 CH2 CH3OC
C
C CH3
CH2 CH2
• Ubiquinona H H O COO –
COO –
CH3OC
C
C R

OH
• Proteínas con hierro y azufre CH3 C
C
C
N
C
C
N H
Forma oxidada de hemo
Radical libre intermedio
CH3 C C C C O –1e– +1e– (ubisemiquinona)
C N N
Proteína
H R – H+ – e– + H+ + e –
Excepto por la ubiquinona, todos los Radical libre intermedio
Cis
(estado de semiquinona) S
centros de redox dentro de la cadena + –
–H –e
+ –
+H +e
CH CH3 CH2 Cis
OH
C
S CH3OC C CH3
respiratoria que aceptan y donan H H O H3C CH CH3 CH3OC C R
N N C
electrones son grupos prostéticos, es CH3 C
C
C
N
C
C
N H
Fe2+ OH
CH3 C C C C O Forma reducida de ubiquinona
decir, componentes no aminoácidos que C N N N N (ubiquinol)
H3C CH3
H R H (c)
mantienen una relación estrecha con las Forma reducida de FMN
(estado de hidroquinona) CH2 CH2
proteínas. (a)
CH2 CH2
COO– COO–
Forma reducida de hemo

(b)
FLAVOPROTEÍNAS
Las flavoproteínas consisten en un polipéptido unido con fuerza a
uno de dos grupos prostéticos relacionados, ya sea dinucleótido de
flavina adenina (FAD) o mononucleótido de flavina (FMN). Los
grupos prostéticos de las flavoproteínas derivan de la riboflavina
(vitamina B2) y cada uno es capaz de aceptar y donar dos protones y
dos electrones. Las principales flavoproteínas de las mitocondrias
son la deshidrogenasa de NADH de la cadena de transporte de
electrones y la deshidrogenasa de succinato del ciclo del ATC.

CITOCROMOS
son proteínas que contienen grupos prostéticos hemo. El átomo
de hierro de un grupo hemo presenta una transmisión reversible
entre los estados Fe3+ y Fe2+ como resultado de la pérdida y
aceptación de un solo electrón.
Existen tres tipos de citocromo en la cadena de transporte de
electrones: a, b, c. Se diferencian entre sí por las sustituciones
del grupo hemo.
ÁTOMOS DE COBRE
Localizados dentro de un solo complejo proteico de la membrana mitocondrial
interna, aceptan y donan un solo electrón cuando alternan entre los estados de
oxidación Cu2+ y Cu+ .

UBIQUINONA
(UQ o coenzima Q) es una molécula liposoluble que contiene una cadena hidrófoba
larga compuesta de unidades isoprenoides de cinco carbonos. Puede aceptar y
donar dos electrones y dos protones. La ubiquinona permanece dentro de la bicapa
lipídica de la membrana, donde se puede difundir con rapidez hacia los lados.
También conocida como Coenzima Q10.

PROTEÍNAS DE HIERRO Y AZUFRE

son proteínas que contienen hierro en las
que los átomos de este metal no se
localizan dentro de un grupo hemo, sino
que están unidos con átomos de azufre
inorgánico como parte del centro de
hierro-azufre. Debido a su potencial
redox, se ha identificado que es allí
donde mas ocurre el intercambio de
electrones.
 CADENA TRANSPORTADORA DE ELECTRONES
consiste en una serie de transportadores electrónicos,
la mayoría proteínas integrales de membrana, con
grupos prostéticos capaces de aceptar y ceder uno o
dos electrones. El flujo de electrones a través de estos
complejos produce también un bombeo de protones al
espacio intermembranal.

• Cada componente de la cadena puede aceptar

electrones del transportador precedente y transferirlos
al siguiente en una secuencia específica.

• Ubiquinona (Q) y citocromo c sirven de puentes

móviles entre los diferentes complejos proteicos de la
cadena de transporte electrónico .
 COMPLEJO I (deshidrogenasa de NADH)

• Es la puerta de entrada a la cadena

transportadora de electrones y cataliza la
transferencia de un par de electrones de NADH a
la ubiquinona (UC) para formar ubiquinol (UCH2).
• Enzima enorme. 34 cadenas polipeptídicas,
codificadas tanto por genomamitocondrial como
genoma nuclear
• Estructura en forma de L: Brazo anclado en la
membrana interna y Brazo vertical en la matriz
mitocondrial.
• incluye una flavoproteína con FMN que oxida al
NADH, por lo menos siete centros de hierro-
azufre distintos y dos moléculas unidas de
ubiquinona.
• Se cree que el paso de un par de electrones por
el Complejo I se acompaña del movimiento de 4
protones de la matriz hacia el espacio
intermembranoso.
 COMPLEJO II (deshidrogenasa de succinato)

• El complejo II consiste en cuatro polipéptidos: dos

subunidades hidrófobas que fijan la proteína a la
membrana y dos subunidades hidrofílicas que
comprenden la enzima del ciclo del ATC
deshidrogenasa de succinato.

Succinato FAD Complejos Q libre

FeS (difunde)

• No se produce transporte de H+
• De manera análoga, Glicerol fosfato
deshidrogenasa y Acil CoA deshidrogenasa de
ácidos grasos transfieren sus electrones de alta
energía del FADH2 a Q para formar QH2

•
 COMPLEJO III (Citocromo bc1 )

• Cataliza la transferencia de electrones del ubiquinol al citocromo c.

• Se bombean cuatro protones a través de la membrana por cada par de electrones que se
transfiere por el complejo III. Segunda bomba de protones de la cadena de transporte de
electrones.
• Dímero donde cada monómero esta formado por 11 subunidades.
• En su estructura podemos encontrar:
2 citocromos: Citocromo b que contiene dos grupos hemo tipo b. y Citocromo C1 .
Proteína con centro 2Fe-2S
Dos sitios de unión distintos para la unión de Ubiquinona: - Q0 y Qi (más cerca del interior de la
matriz)

QH2 + 2cit c1(oxidado) + 2H+N ⎯→ Q+ 2cit c1(reducido) + 4H+p

 COMPLEJO IV (oxidasa de citocromo c)

• El paso final en el transporte de electrones en

una mitocondria es la transferencia sucesiva de
electrones del citocromo c reducido al oxígeno.
• El complejo IV cataliza la reducción de O2 .
• Fue el primer componente de la cadena de
electrones que se comprobó que actúa como
bomba de protones.
• Se cree que por cada molécula de O2 reducida
por la oxidasa de citocromo se captan ocho
protones de la matriz. Cuatro de estos protones
se consumen en la formación de dos moléculas
de agua, los otros cuatro protones se trasladan a
través de la membrana y se liberan en el espacio
intermembranoso.

4 cit c2+ + 8 H+(matriz)+ O2 → 4 cit c3+ + 2 H2O + 4 H+(citosol)

Finalmente, la teoría quimiosmótica explica que el gradiente de protones generado impulsa la síntesis
de ATP mediante la ATP sintasa.
 F1 Unidad catalítica
(ATP sintasa)

F0 Unidad
bombeadora
de H+

El proceso en el que la energía del gradiente de protones se utiliza para

generar ATP se llama quimiosmosis.
 CONCLUSIONES
• En la cadena de transporte de electrones, los electrones se transportan de una molécula
a otra, y la energía liberada cuando se transfieren los electrones se utiliza para formar un
gradiente electroquímico.
• La importancia del Oxigeno. El oxígeno se encuentra al final de la cadena de transporte
de electrones, donde recibe electrones y recolecta protones para formar agua. Si el
oxígeno no se encuentra ahí para recibir electrones (como cuando una persona no respira
suficiente oxígeno, por ejemplo), la cadena de transporte de electrones se detendrá y la
quimiosmosis no sintetizará más ATP. Sin el ATP suficiente, las células no podrán llevar a
cabo las reacciones que necesitan para funcionar e incluso podrían morir después de un
cierto periodo de tiempo.
• Conforme se mueven los electrones en la cadena, se desplazan de un nivel de energía
más alto a uno más bajo, lo que libera energía. Parte de esta energía se utiliza para
bombear iones de H+ .
 BIBLIOGRAFIA

• (s.f.).https://www.uv.es/marcof/Tema16.pdf. (s.f.). Obtenido de

https://www.uv.es/marcof/Tema16.pdf.

• (s.f.).https://es.khanacademy.org/science/ap-biology/cellular-
energetics/cellular-respiration-ap/a/oxidative-phosphorylation-etc

• Biología celular y molecular. Gerald Karp. 5 edición. Editorial McGraw Hill.

Paginas 189-198.