Todos estos componentes redox mencionados, no se encuentran aislados en la mem- brana interna de la mitocondria. Están agrupados en 4 grandes complejos lipoproteínicos. Los lípidos participantes en estos son los propios lípidos de la membrana que quedan unidos a las proteínas en los complejos. El nombre que reciben estos complejos son:
I. El complejo de la NADH deshidrogenasa o complejo NADH-CoQ reductasa. Este complejo contiene a la NADH deshidrogenasa, a varias ferro-sulfo proteínas y lípidos de membrana.
III. El complejo de los citocromos b y c1 o complejo CoQ-citocromo c óxido reductasa. Lo componen los citocromos b y c1, varias ferro-sulfo proteínas y lípidos de membrana. IV. El complejo de la citocromo oxidasa. Lo forman fundamentalmente los dos citocromos
a y a3 y cuproproteínas Estos 3 primeros complejos además de transportar secuencial- mente los electrones desde los cofactores reducidos hasta el oxígeno contribuyen a formar el gradiente de protones.
Existen en la membrana interna de la mitocondria otros 2 complejos:
El complejo II de la succínico deshidrogenasa; es la misma enzima que cataliza la sexta reacción del ciclo de Krebs y aporta sus electrones al complejo III mediado por la CoQ, pero no contribuye al gradiente de protones.
El otro es el complejo V, el de la ATP sintetasa. Este cataliza la reacción de síntesis del ATP que está acoplada con el transporte electrónico.
El citocromo c y la ubiquinona no se encuentran formando parte de ninguno de los complejos. La ubiquinona transporta los electrones de los complejos I y II al complejo III y el cit c, que es una proteína extrínseca los transporta del complejo III al IV.
También se plantea que debido a la eficiencia del transporte de protones entre el complejo I y el III, estos pueden estar canalizados y entre los dos se encontraría la CoQ. La eficiencia en el trabajo entre estos dos complejos no se debe al choque al azar entre ellos y la CoQ.
Veremos a continuación los complejos que transportan electrones y que además contri- buyen a formar el gradiente de protones; veremos sus componentes y la función de cada uno de ellos. Algunos libros llaman a los 3 complejos que forman el gradiente protónico los complejos I, II y III. Para estos autores el complejo de la succínico deshidrogenasa no es parte de este proceso y lo tratan como una relación de este proceso con el del ciclo de Krebs.
Fig.7.21. Ubiquinona o CoQ y sus es- tados redox. a) La n representa el nú- mero de subunidades de isopreno; del humano es de 10 , y por eso se le deno- mina Q10 .b) Forma oxidada. c) Forma semirreducida o radical. d) Forma re- ducida
Complejo de la NADH deshidrogenasa. (Complejo I)
Es el más grande y su enzima principal es la NADH deshidrogenasa. Contiene además diferentes proteínas Fe-S y lípidos de membrana. La función de este complejo es la de oxidar al NADH y reducir a la CoQ.
Un esquema simplificado de las reacciones de este complejo lo podemos observar en la figura 7.22. El NADH reacciona con la proteína catalítica cediéndole los electrones a la flavina del complejo, esta se los cede a las ferrosulfoproteínas y finalmente se reduce la CoQ.
Fig.7.22. Esquema de la función del com- plejo I. El NADH se oxida, la CoQ se re- duce y hay una traslocación de protones acoplada al transporte de electrones.
La energía que se libera en el transporte de electrones a lo largo de los componen- tes de este complejo es utilizada en la formación del gradiente de protones. Este gradiente es electro-químico ya que el protón además de ser un elemento químico tiene carga positiva.
Complejo de los citocromos b y c1 (Complejo III)
Este complejo está compuesto por: los citocromos b y c1 y varias ferrosulfo-proteí- nas. La función de este complejo es oxidar a la CoQ y reducir al citocromo c. También contribuye a la formación del gradiente de protones a través de la membrana (Fig. 7.23).
Complejo de la citocromo oxidasa. (Complejo IV)
Está compuesto de dos tipos de citocromos, a y a3; además contiene cuproproteínas (Fig. 7.24).
La función de este complejo es la de oxidar al citocromo c y reducir al oxígeno. Un esquema de su función global se puede ver en la figura 7.24.
Este complejo también transloca protones de la matriz al espacio intermembranoso.
La secuencia del transporte electrónico a lo largo de los complejos
En general, se ha visto que el transporte de electrones se efectúa desde los pares redox con potenciales de reducción más negativos hasta los pares más positivos. Este es el fundamento del ordenamiento de los componentes de la cadena transporta- dora de electrones. Debido a esto, el par NAD+/NADH que tiene el potencial de
reducción más negativo (-0,32 V) es el donador de electrones a la cadena. El primer transportador que los recibe es la flavoproteína NADH deshidrogenasa cuyo grupo prostético es el flavín mononucleótido (FMN). Este cofactor tiene el potencial de reducción más negativo de todos los transportadores de electrones de la cadena; y uno de los últimos elementos que los recibe es el grupo hemo del citocromo a3, cuyo potencial es el más positivo (0,29 V). Finalmente pasan al oxígeno cuyo potencial de reducción es más positivo (0,812 V) que el del citocromo a3 (tabla 27.1).
Fig.7.23. Esquema de la función del Complejo III. Este complejo oxida a la coenzima Q y reduce a 2 citocromos c. Además crea gradiente de protones.
Fig.7.24. Esquema de la función del Com- plejo IV. Se propone la hipótesis en el que los grupos hemo se encuentran en lados diferentes de la membrana. Los electro- nes son cedidos por el cit c al cit a, de este pasan a los cobres y luego al cita3. Final- mente se reduce el oxígeno y se forma agua. Además este complejo crea gradiente de protones.
Capítulo 7. Respiración celular 121
Fig.7.25. a)Orden de los comple- jos de la cadena transportadora de electrones. b)Representación de los modelos de los cuatro complejos de la cadena transportadora de elec- trones.
Bombeo de protones acoplado al transporte de electrones
No está del todo esclarecido el mecanismo molecular del bombeo de protones asocia- do al transporte electrónico efectuado por cada uno de los complejos, pero existen varias hipótesis que tratan de explicarlo y que son diferentes para cada complejo. Este mecanis- mo del bombeo de protones, no es exclusivo en la cadena transportadora de electrones. Existe en el lisosoma, existe en las células de la pared del estómago y existe en animales inferiores, en bacterias inclusive.
En varias de las teorías se plantea que se produce el paso de los protones a través de canales proteínicos saltando de unos grupos funcionales de la proteína a otros a medida que se llevan a cabo las reacciones de óxido-reducción. Como el electrón es negativo, atraería a los protones que son positivos. Así llegarían los protones a atravesar la mem- brana interna mitocondrial, y pasan de un aminoácido al siguiente atravesando un canal formado de proteínas. Es importante señalar que los componentes de los complejos están distribuidos asimétricamente en la membrana, algunos tienen su centro activo hacia la matriz y otros hacia el espacio intermembranoso, así que se captan los protones de la matriz y se liberan al otro lado de la membrana.