Inhibidores, desacoplantes y ionóforos

Hipótesis del acoplamiento quimiostático

"La energía del transporte electrónico impulsa un sistema de transporte activo que bombea protones fuera de la matriz mitocondrial, lo cual genera un gradiente electroquímico que posibilita la síntesis de ATP."

Esta hipótesis se basa en:
i) la existencia de un gradiente electroquímico: Se genera una diferencia de potencial (voltaje) de transmembrana y pHmatriz > pHintermembrana
ii) un sistema de membrana intacta o en forma de vesícula cerrada.

El uso de los agentes desacoplantes, de los inhibidores y/o de los ionóforos son apoyos adicionales a esta hipótesis.

Inhibición del transporte electrónico (síntesis de ATP).

Hay 2 tipos de inhibidores que inhiben la cadena de transporte electrónico y la síntesis de ATP.

Inhibidores de la cadena.
Se han descrito inhibidores específicos para cada uno de los complejos de la cadena.
- Complejo I: rotenona y amitol.
- Complejo II: malonato.
- Complejo III:
- Complejo IV: cianuro, CO y azida.
Si se bloquea la cadena de transporte electrónico cesa el consumo de O2. Estos inhibidores han sido importantes para determinar el orden de los complejos en la cadena de transporte electrónico. Si no hay consumo de O2 no habrá gradiente de H+ y no se sintetizará ATP.

Inhibidores de la síntesis de ATP.
El inhibidor de la ATP sintasa es la oligomirina, que bloque la cadena y la síntesis de ATP.

Sitio de acción de los inhibidores sobre la cadena respiratoria

Partículas submitocondriales se suspenden en un medio que contiene NADH y la concentración de oxígeno en el medio se mide con el electrodo de platino. La máxima concentración de oxígeno , 0.22 mM, corresponde a la parte superior del gráfico. A medida que las partículas respiran, la concentración de oxígeno disminuye linealmente. La adición de rotenona inhibe la respiración y la pendiente del trazado disminuye. En ese momento, la adición succinato activa nuevamente la respiración que es inhibida por antimicina. La adición del sistema ascorbato-tetrametil-p-fenil-endiamina (TMPD) activa otra vez la respiración que puede ser inhibida por cianuro. Finalmente, el ditionito agota el oxígeno en el medio, cuya concentración se reduce a cero.

Desacopladores

Otras moléculas inhiben la síntesis de ATP desacoplándola de la cadena de transporte electrónico, y aunque no haya síntesis la cadena sigue funcionando. Un desacoplador deshace el gradiente de H+ sin parar la cadena. El más común es el 2,4-dinitrofenol que es soluble en la membrana y su grupo oh se puede disociar. Esto libera energía en forma de calor. Tanto el ATP como el ADP necesitan un transportador para salir y entrar de la matriz mitocondrial y este transporte está favorecido por el gradiente de H+.

En la membrana interna de la mitocondria hay un transportador que a la vez que saca atp mete ADP + Pi y esto está dirigido por el potencial de membrana. Los Pi entran gracias a un transportador que se mueve por un gradiente de concentración. Este transportador cotransporta H+ y Pi y aprovecha la energía del gradiente para a la vez que se introduce H+ introducir Pi. Los desacopladores pueden ser fuente de calor para aumentar la temperatura de la célula. Esto es utilizados por neonatos y animales que hibernan. A esta proteína desacopladores se le llama termogenina.

Ionóforos

Son compuestos que forman estructuras ciclicas que actuan como canales de iones inhibiendo especificamente la magnitud del potencial de membrana , por ejemplo la valinomicina es un antibiotico liposoluble que actua formando un complejo especifico con el ion potasio , permiten a los iones inorgánicos atravesar la membrana. estos ionoforos desacoplan la cadena de transferencia de electrones de la fosforilación oxidativa disipando la contribución eléctrica al gradiente electroquímico a través de la membrana mitocondrial. otro antibiotico es la nigericina , actua como antiporter K+ / H transportando protones en una direccion

Concepción quimioosmótica del mecanismo de acoplamiento

Uno de los eventos tempranos de la fosforilación oxidativa es un paso de conservación de energía en el cual ésta es convertida a una forma que puede ser usada para la formación de ATP u otras funciones mitocondriales que demanden energía. La teoría quimioosmótica de Peter Mitchell es generalmente aceptada para explicar el mecanismo de acoplamiento de estos procesos. Esta teoría consiste en tres postulados:

a) la membrana interna es impermeable a protones y a hidroxilos,
b) la cadena respiratoria transloca protones hacia el medio extramitocondrial citosólico (dos protones por cada dos electrones) en un proceso vectorial acoplado al transporte de electrones a través de los sitios de conservación de energía, y
c) la ATPasa (ATPsintetasa) es una enzima que transporta vectorial y, reversiblemente, protones con una estequiometría característica: dos protones por Pi incorporado (o liberado) del ATP. La síntesis de ATP se relaciona con la entrada de protones a la matriz mitocondrial 17.


Los electrones son transportados a través de la cadena respiratoria y la energía liberada en la reacción redox es utilizada para excluir protones desde la membrana interna hacia el espacio intermembranas. Este proceso crea un potencial protomotriz a través de la membrana interna, con la subsiguiente reentrada de protones hacia el interior forzando a la enzima ATP sintetasa (unida a membrana), que cataliza la formación de ATP, a completar el proceso de fosforilación oxidativa.

Bibliografia

*S. Alvarez, Novoa Bermudez, María José y Boveris, Alberto. La mitocondria:
estructura, función y especies reactivas del óxigeno. Cátedra de Fisicoquímica, Facultad de Farmacia y Bioquímica, Universidad de Buenos Aires. 1994
* MW Gray, G Burger, BF Lang. Mitochondrial evolution. Science 1999