cadeia de transporte de elétrons e fosforilação oxidativa

Cadeia de transportede elétrons e fosforilação oxidativa

POLISSACARÍDIOS PROTEÍNAS LIPÍDIOS

GLICOSE AMINOÁCIDOS ÁCIDOS GRAXOS

Acetil-CoA (2)

Oxaloacetato (4) Citrato (6)

Isocitrato (6)

Cetoglutarato (5)

Succinato (4)

Fumarato (4)

Malato (4)

GlyAlaSerCys

LeuIleLysPhe

GluAsp

Piruvato (3)

CO2

CO2

CO2

CO2

α

MAPA II

Fosfoenolpiruvato (3)

CO2

Glicose + NAD + 2ADP + 2Pi → 2Piruvato + 2NADH + H + 2ATP + 2H2O

Glicólise

Piruvato + NAD+ + CoA Acetil-CoA + NADH + H+ + CO2

Descarboxilação oxidativa do piruvato (processo aeróbico)

Ciclo de Krebs

Acetyl-CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + pi 3NADH + FADH2 + GTP+ COA +2 C02

Glicose + NAD + 2ADP + 2Pi → 2Piruvato + 2NADH + 2H + 2ATP + 2H2O

Saldo : 2NADH +2ATP

2 Gliceraldeido 3-fosfato

Glicólise

2 Piruvatos

Saldo : 2NADH

Formação de Acetil-CoA

Ciclo de Krebs

6NADH2FADH22 ATP

2Acetyl CoA

Mols de NADH Mols de FADH2

2

Acetil CoA 2

6 2

10 2

ATP

2

2

Glicólise

Piruvato

Ciclo de Krebs

4

Rendimento da oxidação da glicose

Rendimento da oxidação da glicose Etapas da oxidação da glicose

I. Glicose a 2 piruvatos (glicólise)

II. 2 piruvaos a 2 acetil-CoA (formação de acetil-CoA).

III. 2 acetil-CoA entram no ciclo de Krebs

IV. NADH e FADH2 passam pela cadeia de transporte de elétrons e fosforilação oxidativa.

Oxidação completa de 1 mol de glicose:

I II III IV Mols de ATPformadosI+II+III

coenzimas

Fosforilação no nível dosubstrato

Total

2NADH 2NADH 6NADH2FADH2

10NADH2FADH2

30ATP4ATP

30ATP4ATP

304

2ATP 2ATP 4ATP 4

38

β-oxidação Ciclo de Krebs ATP

9 Acetil-CoA8 NADH8 FADH2

27 NADH

9 GTP9 FADH2

Soma

36 NADH17 FADH2

9 GTP

Cada NADH forma 3 ATP e cada FADH2 forma 2 ATP

108 ATP34 ATP9 ATP

151 ATP

Ácido graxo de 18 carbonos

151-2=149

Energia armazenada nas coenzimas (NADH e FADH2 )

1. Possibilita a re-utilização das coenzimas.

2. A re-oxidação possibilita que a energia mantida nas coenzimas possaser utilizada para a síntese de ATP.

Respiração CelularProcesso em que as células aeróbicas produzem seu ATP pela oxidação das coenzimas pelo oxigênio. Processo efetuado pela cadeia de transporte de elétrons (cadeia respiratória).

Fosforilação oxidativaSíntese do ATP (ADP +Pi ATP) utilizando a energiada oxidação das coenzimas.

Transferência da energia das coenzimas para a formação do ATP

ATP é a única forma de energia utilizável pelas células

Transformação da energia contida nas coenzimas reduzidas em umgradiente prótons utilizando este gradiente para a síntese de ATP

Transferência de elétrons das coenzimas para o oxigênio via váriaspassagens intermediárias pela cadeia de transporte de elétrons.

Elétrons partem da coenzima reduzida que tem um potencial de redução menorque os componentes da cadeia de transporte de elétrons percorrendo umasequência de transportadores com potencial de redução crescente. Até atingirem o oxigênio com o maior potencial de redução.

A transferência de elétrons é acompanhada por queda de energia livre.

Ao mesmo tempo há a formação de um gradiente de prótons estabelecendo-seuma concentração diferente de prótons de cada lado da membrana onde ocorreo transporte de elétrons.

O aproveitamento da energia potencial contida no gradiente de prótons possibilita a síntese de ATP.

Respiração celular e fosforilação oxidativa

A oxidação das coenzimas reduzidas processa-se na membrana interna damitocôndria aonde se localizam os componentes da cadeia de transportede elétrons.

Os componentes se agrupam em 4 complexosI, II, III e IV.

Além disso dois componentes móveis fazem parte da cadeia de transportede elétrons, coenzima Q (CoQ), conecta Complexo I ao II e ao III,e o citocromo c, que conecta o Complexo III ao IV.

Respiração celular

Maior potencial de redução

Menor potencial de redução

Sucessivas reduções e oxidações

coenzima Q(ubiquinona)

citocromo C

Complexo IComplexo II Complexo III

Complexo IV

Grupos prostéticos dos complexos atuam comocentros de óxido-redução.

Flavina mononucleotídeo (FMN).

Derivado da Riboflavina

Complexo I

Centros ferro-enxofre

Transportadores de e- somenteValência Fe varia entre Fe3+ e Fe2+


Complexos I, II e III

proteínasferro-enxofre

Ubiquinona ou Coenzima Q

Mobilidade facilitada devido a sua característica hidrofóbica


unidades isoprênicas

Citocromos são proteínas transportadores de e-

que contém grupo heme como grupo prostético

Fe2+ e Fe3+

Classificados de acordo com o seu espectro de absorção

Citocromo C localizado na face externa da memb mitocondrial interna,Proteína pequena, móvel, conectam o complexo III ao IV.


ligação tioéter

Citocromos são proteínas transportadores de e-

que contém grupo heme como grupo prostético





citocromo C

Complexo I

Complexo II Complexo IIIComplexo IV

Complexo I / NADH-ubiquinona óxido-redutase

Um dos maiores complexos conhecidos. Consiste de 46 cadeias polipeptídicas.Estrutura desconhecida.Catalisa a transferência de e- do NADH à ubiquinona com a translocaçãoconcomitante de H+ através da membrana.Reações de óxido-redução e “bomba” de prótons.

NADH + H+ + FMN Complexo I

NAD+ + FMNH2 Complexo I

GlicólisePiruvato para Acetyl-CoACiclo de Krebs Prótons da matriz são consumidos

Succinato desidrogenaseComplexo IISuccinato-ubiquinona óxido-redutase

Complexo II Acopla a oxidação do fumarato à redução da Coenzima QÉ o segundo ponto de entrada de e- na cadeia respiratória.





citocromo C

Complexo I


A coenzima Q é o ponto de convergência de e- provenientes de NADH (complexo I), succinato (complexo II), glicerol 3-fosfato e acil-CoA





citocromo C

Complexo I


Fosforilação oxidativa

Fosforilação do ADP para a formação do ATP às custas da oxidação de coenzimas.A energia derivada do transporte de e- é convertida em uma força próton-motriz

Hipótese quimiosmótica: “ A energia de transporte de e- é utilizada para bombear prótons através da membrana interna para o exterior da mitocôndria”.

Consequência do bombeamento de prótons é a formação de um gradiente de prótons.

A ATP sintase catalisa a formação de ATP quando os prótons atravessam a enzimaquatro prótons são necessários para cada ATP sintetizado.

Para cada 4 prótons que entram 1 ATP é sintetizado.Os prótons entram por sítios específicos da ATP sintase.

Hipótese quimiosmótica: “ A energia de transporte de e- é utilizada para bombear prótons através da membrana interna para o exterior da mitocôndria”.

A fosforilação oxidativa só se processa em mitocôndrias intactas ou emvesículas fechadas compatíveis com a formação de um gradiente de prótons.

A síntese de ATP pode ser obtida na ausência de transporte de elétronsdesde que haja a um gradiente de prótons.

Modelo de acoplamento direto e de acoplamento indireto para o transportede elétrons e translocação de prótons.

Variação de energia livre associada ao transporte de e-

NADH + H+ + ½ O2 + 3ADP +3Pi +3H+ NAD+ + 3ATP +4H2O

FADH2 + ½ O2 + 2ADP +2Pi +2H+ FAD+ + 2ATP +3H2O

ATP produzida pela fosforilação ao nível do substratoé independente da cadéia de transporte de elétrons.

Rendimento da oxidação da glicose Etapas da oxidação da glicose

I. Glicose a 2 piruvatos (glicólise)

II. 2 piruvaos a 2 acetil-CoA (formação de acetil-CoA).

III. 2 acetil-CoA entram no ciclo de Krebs

IV. NADH e FADH2 passam pela cadeia de transporte de elétrons e fosforilação oxidativa.

Oxidação completa de 1 mol de glicose:

I II III IV Mols de ATPformadosI+II+III

coenzimas

Fosforilação no nível dosubstrato

Total

2NADH 2NADH 6NADH2FADH2

10NADH2FADH2

30ATP4ATP

30ATP4ATP

304

2ATP 2ATP 4ATP 4

38

C6H12O6 +6O2 + 38ADP + 38Pi 6CO2 + 6H2O + 38 ATP

Reação de oxidação da glicose

A ATP sintase é formada por duas subunidades F1 e F0Converte energia química em motora atuando como um”nano motor” rotatório

F1 = a2, b3,g,d, e F0= a,b2,c10

Fator de acoplamento 1 (F1)Fo (se liga à oligomicina inibido da ATP sintase)

F1

FoFo canais de passagem de prótonsF1 catalisa a síntese de ATP

Matriz mitocondrial

F1 = α2, β3,γ,δ, e F0= a,b2,c10

F1

Fo

F1

Fo

F1

Fo

F1

Fo

F1

Fo

http://www.youtube.com/watch?v=uOoHKCMAUMc

F1 = α2, β3,γ,δ, ε F0= a,b2,c10

F1

Fo

A ATP sintase

Movimento da ATP sintase

A ATP sintase

Controle respiratório

Transporte de e- e síntese de ATP são processos acoplados.A oxidação de NADH e FADH2 só ocorre se houver síntese de ATP e vice-versa.

ADP regula a entrada de prótons pela ATP sintase

Quando não há um gasto grande de ATP há menos ADPdiminuindo a entrada de protons (H+ ) pela ATP sintase. A entrada de H+ requer o ADP.A magnitude do gradiente de prótons aumenta e impede a açãoda bomba de prótons até que a energia necessária para bombearprotons para fora da mitocôndria, contragradiente, se iguala à energialiberada pelo transporte de elétrons que para.

Inibidores

Inibidores da cadéia de transporte de e- inibem a formação do gradientede H+ e consequentemente a síntese de ATP. Drogas potencialmente letais

Barbituratos (hipnóticos) Complexo IRotenona (inseticida) Complexo IMalonato (inibidor da succinato desidrogenase) Complexo IIAntimicina A (antibiótico) Complexo IIICianeto (CN-), monóxido de carbono (CO), azida (N3-) b Complexo IV

Rotenona (inseticida) Complexo I

Antimicina A (antibiótico) Complexo III

Cianeto (CN-), monóxido de carbono (CO), azida (N3-) b Complexo IV

Desacopladores

Substâncias lipofílicas como o DNP (2,4-dinitrofenol) são capazes de dissociar o transporte de e- da fosforilação oxidativa. A ´síntese de ATP para o transporte de e- prossegue.

Transporte de e- sem o transporte de prótons contragradiente torna-se energeticamente mais favorável, e a sua velocidade aumenta. Consumo de oxigênio é maior

Desacopladores fisiológicos (tecido adiposo marrom) UCP1 (uncoupling protein 1)O gradiente de prótons não se estabelece e a energia do transporte de elétronsé dissipada como calor

o DNP impede a formação de um gradiente de H+

Inibidores

A oligomicina é um antibiótico que inibe a síntese de ATPse ligando à subunidade Fo que se torna impermeável a prótons. Mantendo o gadiente de prótons e impedindo o transporte de elétrons, parando a síntese de ATP e o consumo de oxigênio.

Perante a adição de desacopladorespodemos verificar se a inibiçãoestá sendo feita na cadeia detransporte de elétrons ou naATP sintase.Sob a ATP sintase o consumode oxigênio é restaurado.

F1

Fo

F1

Fo

F1

Fo

A mitocôndria

Membrana interna da mitocôndria

A membrana internada mitocôndria é impermeávela NAD+ e NADH.Coenzimas reduzidas nocitosol podem ser oxidadaspela cadeia de transportede elétrons graças ao sistemade lançadeiras.

Lançadeira malato-aspartato

Lançadeira malato-aspartato

malato desidrogenase citossólica

dicarboxilato translocase

malato desidrogenase mitocondrial aspartato amino transferase mitocondrial

Aspartato-gluatmato translocase

aspartato amino transferase citossólica

fígado, rim e coração

Lançadeira do glicero fosfato

Glicerol 3-fosfato desidrogenase

Apenas 2ATPs resultarão

músculo esquelético e cérebro

Membrana mitocondrial interna é impermeável a diversos compostos.O transporte de diversos compostos é feito por translocases.As translocases controlam a permeabilidade da membrana internada mitocôndria.

Adenina nucleotídeo translocase (ATP/ADP) translocase(permite a saída do ATP produzido e entrada do ADP)

Fosfato translocase

Dicarboxilato translocase (malato, succinato, fumarato, eα-cetoglutarato). Lançadeira do malato aspartato

Tricarboxilato translocase (citrato e isocitrato).

Piruvato translocase (monocarboxilato translocase).

Aspartato-Glutamato translocase. Lançadeira do malato aspartato

Sistemas transportadores de Ca2+ (uniportador e antiportador).

Energia eletroquímica obtida pelo bombeamento deprótons acoplado à cadeia de transporte de elétrons.Reduzem o rendimento de ATP.

cadeia de transporte de elétrons e fosforilação oxidativa

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