5.5: Desacoplamiento del transporte de electrones de la síntesis de ATP

Entonces, eso es fosforilación oxidativa. Utiliza productivamente la energía del gradiente de protones a través de la membrana mitocondrial interna (creada por bombas impulsadas por oxidación) para impulsar la formación de ATP a una velocidad aproximada de 3 protones a 1 ATP. El sistema normalmente es altamente autorregulado debido a la impermeabilidad de la membrana mitocondrial interna a H ⁺. Si el ATP no se agota rápidamente, entonces su concentración ralentiza la acción de las ATP sintasas, que ralentizan el movimiento de los protones fuera del espacio intermembrana. Esta acumulación de protones eventualmente será suficiente para que la energía libre necesaria para transferir un protón al espacio intermembrana (desde la cadena de transporte de electrones) no sea suficiente para superar el gradiente de concentración. El transporte de electrones se ralentiza, y trabajando hacia atrás, la reacción en cadena ralentiza las tasas de respiración en general. Como la célula/organismo requiere más energía y consume el ATP más rápidamente, los protones fluyen más rápidamente y la cadena de transporte de electrones se desinhibe. Así, existe una asociación directa entre la frecuencia respiratoria y la necesidad de energía fisiológica.

Curiosamente, existe una excepción a este acoplamiento estrecho de la cadena de transporte de electrones y la formación de ATP. El propósito de la grasa marrón (también conocida como tejido adiposo marrón), que se encuentra con mayor frecuencia en mamíferos recién nacidos e hibernantes, es generar calor no escalofriante (no basado en el movimiento) para mantener al animal caliente. Esto se logra desacoplando la cadena de transporte de electrones de la síntesis de ATP. Este desacoplamiento es un proceso controlado hormonalmente basado en la presencia de un canal protónico mitocondrial llamado termogenina. La hormona norepinefrina aumenta la producción de ácidos grasos libres, los cuales abren el canal de la termogenina. Esto permite que los protones vuelvan desde el espacio intermembrana a la matriz sin tener que pasar por ATP sintasa. Debido a esto, la cadena de transporte de electrones puede seguir arrastrándose, los niveles de ATP no se acumulan, no hay reducción en la tasa de respiración, y el exceso de energía que no se usa en la producción de ATP se libera como calor.

De hecho, el 2,4-dinitrofenol, que se utiliza en una variedad de investigaciones y aplicaciones industriales hoy en día, se utilizó en un momento como fármaco de dieta (en la década de 1930) porque a través de un mecanismo diferente, también desacopló el transporte de electrones de la síntesis de ATP. Su mecanismo de acción deriva de su capacidad para portar y liberar protones ya que se difundió libremente a través de la membrana mitocondrial (ya que es una pequeña molécula hidrófoba). A medida que esto continúa, las células catabolizan cada vez más reservas de carbohidratos y grasas, que es la razón del interés de las personas que hacen dieta. Desafortunadamente para algunas de esas personas que hacen dieta, este medio farmacológico de desacoplar la cadena de transporte de electrones de la síntesis de ATP no tuvo otra regulación que la cantidad de DNP tomada. En casos de sobredosis, las tasas de respiración podrían aumentar drásticamente al tiempo que producen poco ATP y una gran cantidad de calor. De hecho, la enfermedad por sobredosis y la muerte generalmente se deben al aumento de la temperatura corporal en lugar de a la disminución de la disponibilidad de ATP. Desafortunadamente, todavía hay algunas personas que hacen dieta y culturistas que se automedican con DNP a pesar de los peligros.