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A fosforilação oxidativa (FO) é
o estágio final do
metabolismo produtor de
energia nos organismos
aeróbicos
Nessa etapa toda a energia
produzida (na forma de
carreadores de elétrons) durante
a oxidação dos carboidratos,
lipídeos e aminoácidos e TCA é
utilizada para síntese de ATP
Em eucariotos a fosforilação
oxidativa ocorre na
mitocôndria e envolve a
redução do O2 em H2O.
Glicose / carboidratos
Ácidos graxos
Aminoácidos
Acetil-CoA
Ciclo de Krebs
(NADH e FADH2)
ATP H2O
Fosforilação oxidativa
Como é a mitocôndria?
Membrana
interna
Membrana
externa
Cristas
Matriz
As mitocôndrias possuem duas membranas sendo que
a interna forma cristas para aumentar a superfície de
contato interna com a matriz mitocondrial.
MME – permeável a pequenas
moléculas e íons (poros)
MMI – impermeável a pequenas
moléculas e íons (inclusive H+)
•Componentes da cadeia
respiratória
•Transportadores ADP-ATP
•Outros transportadores de
membrana
•ATP sintase
Matriz
•Complexo piruvato
desidrogenase e coenzimas
•Enzimas do TCA, oxidação
ácidos graxos e aminoácidos
•ATP, ADP, Pi, Mg2+, Ca2+, K+
•Intermediários solúveis
•DNA e ribossomos
O que contém e
quais as
características de
cada
compartimento
mitocondrial?
Enzimas da Via Glicolítica
MME MMI Citosol Matriz
Piruvato
Ácidos graxos
Aminoácidos
Complexo piruvato
desidrogenase
TCA
Oxidação Ac Graxos
e aminoácidos
Transportadores
elétrons reduzidos
(NADH e FADH2)
Cadeia respiratória e
ATP sintase ATP e H2O
MME - Permeável à pequenas moléculas
e íons que se movem através de proteínas
integrais da membrana - porinas
MMI - Impermeável à maioria das
moléculas ( os íons H+), transportadores
específicos para algumas moléculas
Quem são os componentes da cadeia respiratória?
São conjuntos de proteínas integrais de membrana
(MMI) que apresentam grupos prostéticos capazes
de receber e doar elétrons (transportadores).
Quem são essas moléculas transportadoras de elétrons?
Além do NADH e FADH2
Coenzima Q (ubiquinona, plastoquinona, menaquinona)
Citocromos (heme)
Proteínas ferro-enxofre
Tipos de transferência
Transferência direta de elétrons (Fe+3→Fe+2)
Transferência de átomos de hidrogênio (H+ + e-)
Transferência de grupos hidreto (:H-)
Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo
Coenzima hidrossolúvel
Atua junto com as desidrogenases
retirando elétrons nas vias catabólicas
Transporta íon hidreto (2e- e 1H+)
Não passa pela MMI
Tem menor potencial de redução que os
outros componentes da cadeia respiratória
Flavina adenina
dinucleotídeo
Coenzima ligada às flavoproteínas
Transporta 1 ou 2 átomos de H
Podem servir de intermediários nas
reações que doam 2 e- para
receptores que aceitam apenas 1 e-
Coenzima Q
Transportador de
elétrons ligado à MMI
Lipídeo solúvel (possui
longa cadeia isoprenóide
lateral)
Molécula pequena e
hidrofóbica – difunde pela
membrana mitocondrial
interna
Pode aceitar 1 ou dois
átomos de H (2 etapas)
Atua na junção entre
transportadores de um
doador de 2 e- e um
receptor de 1 e-
Citocromos
Transferem elétrons diretamente por redução do Fe3+ a
Fe2+ do grupo heme (anel tetrapirrolico com átomo de
ferro)
Proteínas que tem como característica um absorção
intensa de luz visível – possuem um grupo heme ligado
Quando o grupo
heme está reduzido
pode absorver luz em 2
ou 3 comprimentos de
onda, isso classifica os
citocromos nas
mitocôndrias.
Podem ser divididos em 3 classes
dependendo do espectro de
absorção
Cit b
Cit a
Proteínas integrais
da membrana com
heme ligado, mas
não covalentemente
Cit c Proteína solúvel com
heme ligado
covalentemente
Associada à
superfície externa na
MMI por interações
eletrostáticas
Proteínas ferro-enxofre
Não tem grupo heme, o ferro está ligado à proteína
por associação com átomos de S ou S da cisteína.
Transferem 1 e- em cada átomo de Fe e o potencial
de redução varia com sua estrutura
Tem várias estruturas – nas mitocôndrias existem 8
tipos de proteínas Fe-S
Como funciona a transferência de
elétrons na cadeia respiratório???????
Os elétrons tendem a passar de um composto
com menor afinidade por elétrons (menor
potencial de redução) para um com maior
afinidade (maior potencial de redução).
O que é potencial de redução – medida da afinidade
de um composto por elétrons
Afinidade
por e-
NADH menor E que outros
transportadores da cadeia
respiratório
Oxigênio mais eletronegativo, maior E,
último aceptor de elétrons
Potencial de
redução
Os complexos que constituem a cadeia de
transferência de elétrons nas mitocôndrias são
constituídos por proteínas e moléculas
transportadoras de elétrons (quinonas, FAD, FMN,
citocromos, proteínas ferro-enxofre)
Resumidamente:
Como fluem os elétrons
nesses transportadores?
Fluxo vai do componente com
menor potencial de redução para o
de maior potencial de redução
Na cadeia respiratória os
elétron fluem espontaneamente
do complexo I e II para a
coenzima Q.
QH2 funciona como um
transportador móvel de
elétrons que os transfere para o
complexo III.
Complexo III passa os
elétrons para a outra conexão
móvel, o citocromo c,
Cit c transfere os elétrons
para o complexo IV que vão
reduzir o O2
Só recebe elétrons do
NADH da matriz
mitocondrial
Transfere dois
elétrons do NADH e
dois próton (H+) da
matriz para a
ubiquinona
Transfere 4 H+
para o espaço
intermembranas
(bomba de prótons)
Complexo I – NADH:ubiquinona oxidorredutase
ou NADH desidrogenase
Única enzima do TCA que
está ligada à MMI
O FADH2 formado passa o
elétron dos H para a quinona
Complexo II – Succinato desidrogenase
-oxidação
Acil-coA graxo desidrogenase →
primeira enzima da -oxidação
ETF = eletron -
transfering protein
Outra flavoproteina importante na cadeia respiratória recebe
elétrons da oxidação dos ácidos graxos (ETF:Q)
NADH formado no
citossol durante a
glicólise não pode
transferir diretamente
seus elétrons para os
componentes da cadeia
respiratória
Usa o glicerol 3-P
formado da hidrólise dos
triglicerídeos e liberação
do glicerol e uma
desidrogenase
mitocondrial
Glicerol 3-P desidrogenase (citosolica e mitocondrial) – também
são enzima importantes nessa transferência de elétrons
(NADH)
A quinona reduzida (QH2) difunde-se
pela bicamada de lipídeos da MMI e
levar os elétrons ao Complexo III
Complexo III – Complexo dos citocromos bc1 ou
ubiquinona:cit c oxidorredutase
Recebe 2e- da quinona e transferem para o citocromo c (1e-)
Ciclo Q
Nesse processo 4 H+
saem da matriz
para o espaço
intermembranas
Citocromo c
•Proteína solúvel com heme ligado covalentemente
•Associada à superfície externa na MMI por interações
eletrostáticas
•Pode se mover na superfície da MMI e “carregar” os
elétrons até o Complexo IV
Complexo
III Complexo
IV
Passo final da fosforilação
oxidativa onde 4 cit c doam
os elétrons (1 de cada vez)
para centro CuA que passa
os elétrons para o centro
CuB.
Nesse local ocorre a redução
do O2 em H2O pela
utilização de quatro H+ da
matriz.
Além disso, por um
processo desconhecido 4
íons H+ são bombeados para
o espaço intermembranas
Complexo IV – Citocromo oxidase
Durante a transferência de elétrons na cadeia
respiratória existe um fluxo de prótons para o
espaço intermenbranas e como a MMI é
impermeável cria-se uma diferença de
concentração de H+ na MMI
Essa diferença é elétrica e química conserva toda a
energia da transferência de elétrons = força próton motriz
Qual a importância desse gradiente eletroquímico e
da força proton motriz ?
pH acido e
positivamente
carregado
pH básico e
negativamente
carregado
•Grande complexo
enzimático na membrana
mitocondrial interna
ATP sintase
•Catalisa a formação de
ATP a partir de ADP e Pi
acompanhado do fluxo de
prótons do espaço
intermembrana (lado P)
para a matriz (lado N)
•Apresenta dois
componentes estruturais
F1 (proteína periférica de
membrana - matriz) e F0
(proteína integral da
membrana)
P
N
Região F0 - 3 subunidades a, b e c – cadeias na forma de -
hélice, formando um canal onde ocorre o fluxo de prótons
Região F1 - 3 subunidades e 3 alternadas em
torno de um eixo (γ)
Local da síntese de ATP é na subunidade
Cada subunidade
pode assumir 3
configurações
diferentes
Um conjunto se liga
com grande
afinidade ao ATP, o
outro se liga ao ADP
e o terceiro à
subunidade γ,
permanecendo vazio. Modelo rotacional de catálise explica a
síntese de ATP
•O fluxo de prótons pela
região F0 faz com que a
subunidade γ se ligue a
diferentes subunidades .
•A ligação da cadeia γ altera
a configuração das outras
cadeias
•A alteração conformacional
proporciona a menor
afinidade da unidade pelo
ATP, liberando-o e
induzindo a subunidade
vizinha a se ligar com o ADP
e Pi
•A configuração -ADP
proporciona a síntese de
ATP
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