08 oxidaes pdf_prof ademar

Metabolismo e Energia – conceitos básicos

oxidações biológicas

energia livre energia livre

ε livre de Gibbs (G)ε livre de Gibbs (G)

Variação de ε livre (ΔG)Variação de ε livre (ΔG)

Reações Reações

Endoergônicas (ΔG>0)Endoergônicas (ΔG>0)

Exoergônicas (ΔG<0) Exoergônicas (ΔG<0)

Marcha da reação

Ener

gia

livre

, G

Reação Endoergônica

Reação Exoergônica

Quantidade energia liberada

Reagentes

Ener

gia

livre

, G

Marcha da reação

Produtos

Quantidade energia

requerida

Reagentes

Produtos

- Professora Ana Chaves



energia livre energia livre

ε livre de Gibbs (G)ε livre de Gibbs (G)

Variação de ε livre (ΔG)Variação de ε livre (ΔG)

Reações Reações

Endoergônicas (ΔG>0)Endoergônicas (ΔG>0)

Exoergônicas (ΔG<0) Exoergônicas (ΔG<0)

Exem

plo

mec

ânic

o Ex

empl

o qu

ímic

o

Marcha da reação

Ener

gia

livre

, G

Endoergônica Exoergônica

ω realizado para elevar o objeto

Perda de energia

potencial




Substâncias ricas em ε


ΔG d

e h

idró

lise(

KJ.

mol

-1)

Fosfoenolpiruvato

Fosfocreatina

Creatina

Adenina

1,3-Bisfosfoglicerato

Compostos de alta energia

Compostos de baixa energia

Glicerol-Glicose 6 -




7,3

Kcal.mol-1



-Pr

ofes

sora

Ana

Cha

ves

CA

TAB

OLI

SMO

AN

AB

OLISM

O

CH, Lipídeos, Proteínas

CO2, H2O, NH3

Polissacarídeos, Lipídeos, Proteínas,

Ácidos Nucléicos

Oses, AAs, AGs, BN

O ATP é o elo químico entre o catabolismo e o anabolismo



Acoplamento metabólico e energéticoAcoplamento metabólico e energético

oxidativoexoergônico

redutivoendoergônico

-Pr

ofes

sora

Ana

Cha

ves

VIAS CATABÓLICAS

VIAS ANABÓLICAS

formas úteis de energia


diversas moléculas “simples”para biossínteses

Moléculas complexas(por exemplo dos alimentos)

Macromoléculas celulares


-Pr

ofes

sora

Ana

Cha

ves

Reações de óxido-redução

agente oxidante

agente redutor


Sofre oxidação Ganha O2

Perde e-

Perde H+

Sofre redução Perde O2

Ganha e-

Ganha H+

Oxidação e redução são reações concomitantes

Elemento doador

Elemento aceptor

Par redox

(átomos envolvidos na óxi-redução)



• concomitantes

• agente oxidante

• agente redutor

CH4

Reagentes Produtos

Energia2O2 CO2 2H2O

Oxigênio Água Dióxido de Carbono

Metano

Oxidação

Redução

Se oxida Se reduz

Ganha O2 Perde O2

Perde e- Ganha e-

Perde H Ganha H




• concomitantes

• agente oxidante

• agente redutor

Se oxida Se reduz

Ganha O2 Perde O2

Perde e- Ganha e-

Perde H Ganha H

forma oxidada da nicotinamida

forma reduzida da nicotinamida

Desidrogenase

Redução

Oxidação




• concomitantes

• agente oxidante

• agente redutor

Se oxida Se reduz

Ganha O2 Perde O2

Perde e- Ganha e-

Perde H Ganha H

Fermentação lática

2 Lactato

Glicose

2 Piruvato

Lactato desidrogenase

Glicólise


Fe2+

(ferroso)

reduzido

Fe3+

(férrico)

oxidado

Glicose + O2Ác. Glicônico (ox)

Glicose + H2Sorbitol (red)


Sentido das reações de óxido-reduçãooxidações biológicas

ATP +

H2O

O2 +

ADP+Pi

(H+ + e-)CO2

Coenzimas(oxid)

CHLipProt

Coenzimas (H+ + e-)(red)

Substratos orgânicos → oxidados em várias etapas

óxido-reduções celulares

por compostos que se reduzem ao receberem elétrons do composto oxidado



Força eletromotriz que expressa a afinidade de um par redox por e-

Potencial redox

Fluxo de e- : < Pot Redox → > Pot Redox

À medida que os elétrons fluem de um sistema e- → e+

Seqüência de intermediários entre o S e o O2 → CR

Varia entre os compostosPode ser determinada

perda de ε livre

os elétrons tendem a se mover no sentido da < ε livre

> potencial redox

-Pr

ofes

sora

Ana

Cha

ves


OXIDANTE REDUTOR E´0 (V) NAD+ NADH + H+ - 0,32

FMN FMNH2 - 0,30

FAD FADH2 - 0,22

UQ UQH2 + 0,04

Citocromo b (+3) Citocromo b (+2) + 0,07

Citocromo c1 (+3) Citocromo c1 (+2) + 0,23

Citocromo a (+3) Citocromo a (+2) + 0,29

Citocromo a3 (+3) Citocromo a3 (+2) + 0,55

½ O2 + 2 H+ H2O + 0,82

Potenciais Redox Padrão (E´0) de alguns pares conjugados da CTE

Por convenção, o elemento com tendência mais forte em receber elétron possui valor de Eo’ positivo

-Pr

ofes

sora

Ana

Cha

ves

Sent

ido

das

reaç

ões

de ó

xido

-red

ução

oxid

açõe

s bi

ológ

icas

os elétrons tendem a se mover no sentido da

< ε livre > potencial redox

Seqüência de intermediários entre o S e o O2 → CR

-Pr

ofes

sora

Ana

Cha

ves

Cadeia Respiratória – Organização seqüencial na MMI

EspaçoIntermembranas

Membrana

Mitocondrial Interna

Matriz Mitocondrial Cadeia de Transporte de Elétrons

SuccinatoFumarato


Complexo I - NADH Desidrogenase FMN, Fe-SComplexo II - Succinato Desidrogenase FAD, Fe-S, Cit b

Cit b e c1 , Fe-S

Cit a e a3 , Fe-SComponentes

transportadores de e-

Complexo III - Citocromo bc1

Complexo IV - Citocromo a-a3 (citocromo oxidase)

Ubiquinona

Citocromo c

26

5

10

6-13N° aprox de cadeias polip.Móveis

Fixos

-Pr

ofes

sora

Ana

Cha

ves

Cadeia Respiratória – Componentes (natureza)

enzimas e um composto lipídicocapacidade de aceitar e transferir elétrons

organizadas na MMI na forma de complexos

a) desidrogenases

b) ubiquinona (CoQ)

complexos enzimáticosNAD, FMN e FAD centros Fe – S

Quinona lipossolúvel

longa cauda isoprenóide

3 classes (a, b e c) *diferença: cadeia polipeptídica

espectro de absorção de luz

c) Citocromos proteínas transportadoras de elétrons

HEME (coenzima)



Cadeia Respiratória – Componentes (natureza)oxidações biológicas

Centros Fe – S



Ubiquinona (CoQ) Ubiquinona (oxidada) (Q)

Semiquinona (QH•)

Ubiquinol (reduzida) (QH2)



Heme

Ferro protoporfirina IXCit b

Heme CCit c

Heme ACit a- Professora Ana Chaves

Cadeia Respiratória – Substratos NAD e FAD dependentes


Substratos

NAD Dependentes FAD Dependentes

α-cetoglutarato Succinato

Piruvato Acil-CoA

Malato Glicerol – P

Isocitrato

Glutamato


Cadeia Respiratória – Reaçõesoxidações biológicas

CNCO

Fe+3 - s

Fe+2 - s

UQH2

UQ

Fe+3

Fe+2

Fe+2

Fe+3

Fe+3

Fe+2

Fe+2

Fe+3

Fe+3

Fe+2

FMN FMNH2

Espaçointermembrana

Membranainterna

NADHDESIDROGENASE

Matriz

NADH+ H+ NAD+ATP

2 H+ AmitalRotenona 2 H+

FADH2FAD

Succinato desidrogenase

succinatofumarato

ATP

Antimicina A

ATP

2 H+

2 H2O 4H+ + O2

Cit a3Cit aCit cCit c1Cit b

CADEIA RESPIRATÓRIA

-

H2S


Cadeia Respiratória – Considerações sobre a CRoxidações biológicas

Substatos NAD dependentes

3 locais 2 locais

Substratos FAD dependentes

EspaçoIntermembranas

Membrana

Mitocondrial Interna

Matriz Mitocondrial Cadeia de Transporte de Elétrons

SuccinatoFumarato

onde a ε liberada é suficiente para a produção de ATP

-Pr

ofes

sora

Ana

Cha

ves

Síntese de ATPoxidações biológicas

síntese de ATP obtida diretamente em reações que utilizam como S

compostos ricos em εFosforilação em nível de Substrato

1-3 bifosfogliceratofosfoenolpiruvato

Succinil- CoA

Fosfoenolpiruvato Piruvato

Piruvato quinase

ADP

ATP

glicólise e CK

ocorre fora da CR, independe de O2 e produz pequena quantidade de ε


Síntese de ATPoxidações biológicas

síntese de ATP dirigida pela εliberada pelo transporte de elétrons

para o O2 na CRFosforilação

oxidativa

MMIcomplexo V

(ATP sintase)

1) a transferência de elétrons ao longo da CR é acompanhada por um bombeamento de H+ através da MMI em direção ao EI;

2) isto resulta numa diferença de [H+], ou seja, gradiente de pH (químico) e de cargas (elétrico), uma vez que a matriz se torna alcalina e o EI, ácido;

3) a MMI é impermeável aos H+, que devem passar de volta para a matriz pela ATP sintase;

4) a ε eletroquímica resultante dessa diferença pH e de carga é a força próton-motoraque dirige a síntese de ATP;

5) a FPM impulsiona os H+ de volta à matriz, a favor do gradiente, suprindo a εnecessária para a síntese de ATP a partir de ADP + Pi, catalisada pela ATP sintase.

Teoria Quimiosmótica (Mitchel, 1960)

-Pr

ofes

sora

Ana

Cha

ves

exterior da mitocôndria

Fosforilação oxidativa acoplada à CTE oxidações biológicas

Membrana MitocondrialExterna

Espaço intermembrana

ATP ↑[H+]

↓ [H+]

Matriz Mitocondrial

Membrana MitocondrialInterna

Transporte de elétrons Síntese de ATP

Os elétrons (carregados via NADH e FADH2) oriundos de vias metabólicas

(glicólise, CK, β-oxidação) “alimentam” os transportadores da MMI, os quais bombeiam prótons H+ para o EI

O bombeamento de H+ causa uma ≠çade carga e de pH entre o EI e a MM.

Este gradiente eletroquímico é a força próton-motriz para a síntese de ATP

A força próton-motriz impulsiona os H+ de volta à MM, suprindo a E para a síntese de ATP,

catalisada pelo complexo ATP sintase na MMI

sintase


ATP sintaseoxidações biológicas

A seqüência da reação, coordenada pela presença do íon magnésio, é a

seguinte:

ADP + Pi → ATP

ATP sintase é o nome

genérico dado a proteínas

que sintetizam ATP a partir

de ADP e de fosfato

inorgânico, utilizando para

isso alguma forma de

energia


Inibidores e desacopladores da CR

atuam em locais específicos e impedem o fluxo de elétrons

efeitos


substâncias lipofílicas, que atravessam a MMI carregando os H+ para a MM, desfazendo o gradiente eletroquímicoem sua presença, permanece o transporte de elétrons, mas não a fosforilação oxidativa

Inibidores

Desacopladores

• não há síntese de ATP• não há consumo de O2• não há produção de H2O

• não há síntese de ATP• ↑ o consumo de O2• ε livre é perdida em forma de calor

dinitrofenol

efeito

rotenona, cianeto, malonato, oligomicina, antimicina Aexemplos

exemplo

-Pr

ofes

sora

Ana

Cha

ves

Inibidores da CRoxidações biológicas

rotenona

Cianeto ou CO

antimicina A


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