quantas moléculas de acetil-coa uma molécula de glicose ......molécula de 2c – acetil, ligada...
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Quantas moléculas de acetil-CoA uma molécula de
glicose e uma molécula de ácido graxo com 16
carbonos podem produzir após sua oxidação? E de
transportadores de elétrons são reduzidos durante
a oxidação dessas moléculas pela beta- oxidação,
via glicolítica e TCA?
Glicose
2 Piruvato
+ 2 NADH
Glicose 2 Piruvato + 2 NADH
2 Piruvato 2 Acetil-CoA + 2 NADH
Glicose 2 acetil-CoA + 4 NADH
Glicose 2 acetil-CoA + 4 NADH
2 acetil-CoA 6 NADH + 2 FADH2
Glicose 10 NADH + 2 FADH2
E uma molécula de acido
graxo com 16 carbonos ?
7 FADH2
7 NADH
8 acetil-CoA
TCA
1 acetil-CoA 3 NADH +
1 FADH2 (x8)
31 NADH e 15 FADH2
Moléculas combustíveis
orgânicas (aminoácidos,
ácidos graxos, açúcares –
glicose) são convertidos
por oxidação em uma
molécula de 2C – acetil,
ligada à coenzima A
Primeiro Estágio
Formação de acetil-CoA
RESPIRAÇÃO CELULAR – 3 FASES
Segundo Estágio
Oxidação do acetil-CoA
A Acetil –CoA é introduzida
no Ciclo da Ácido Cítrico
(TCA) e é oxidada a CO2
liberando energia na forma
de elétrons formando
NADH e FADH2
Esses
transportadores de
elétrons são oxidados
na cadeia
transportadora de
elétrons (cadeia
respiratória) que vai
reduzir o oxigênio a
água e produzir ATP
Terceiro Estágio
Transferência de elétrons e fosforilação oxidativa
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 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
NADH e FADH2
ATP H2O
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.
O que contém
cada
compartimento
mitocondrial?
MME – permeável a pequenas
moléculas e íons
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
•Enzimas do TCA, oxidação
ácidos graxos e aminoácidos
•ATP, ADP, Pi, Mg2+, Ca2+, K+
•Intermediários solúveis
•DNA e ribossomos
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 transferência
indireta (via malato-aspartato)
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 membranas
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-
Difunde-se pela MMI
levando e- entre
carreadores menos
móveis
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
3 comprimentos de
onda, isso classifica os
citocromos nas
mitocôndrias.
Podem ser divididos em 3 classes
Proteínas integrais
da membrana com
heme ligado
fortemente, mas não
covalentemente
Cit b
Cit a
Cit c
Proteína solúvel com heme
ligado covalentemente
Associada à superfície
externa na MMI por
interações eletrostáticas
Além dessas proteínas que transportam e- pelo átomo de
ferro existem outras proteínas que utilizam tais átomos
mas não em grupos heme, proteínas Fe-S.
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
Como ocorre a
transferência de
elétrons na cadeia
respiratória?
Os complexos protéicos que constituem a cadeia
de transferência de elétrons nas mitocôndrias são:
42 cadeias polipeptídicas
diferentes
1 flavoproteína (FMN)
6 centros Fe-S
Forma L com um braço
na membrana e um na
matriz
Só recebe elétrons do
NADH da matriz
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
Reações do Complexo I
3 - Os 2e- do segundo
centro Fe-S reduz a
ubiquinona junto
com mais dois H+
matriz. QH2 difunde
pela membrana e dá
continuidade ao fluxo
de e- da cadeia
respiratória
O mecanismo pelo
qual outros 2H+
são exportados não
é conhecido
2 - Quinona
interna transfere
2e- para outro
centro Fe-S e
libera no espaço
IM 2 H+
1 - NADH matriz passa íons hidreto (dois
elétrons) para o FMN, centros Fe-S que utiliza
dois H+ da matriz para reduzir totalmente uma
quinona interna
4 proteínas diferentes, um FAD
e três centros Fe-S
Única enzima do TCA que está
ligada à MMI
Elétrons passam do succinato
para o FAD, centro Fe-S e
ubiquinona
Complexo II – Succinato desidrogenase
Reações do Complexo II
1 - Flavoproteína com
atividade de desidrogenase
succinato doa 2 elétrons
para o FAD
2 -Proteinas Fe-S
3 - Quinona interna
Região
hidrofobica
4 -Os elétrons
transferidos
reduzem a
ubiquinona junto
com mais dois H+
matriz. QH2
difunde pela
membrana e dá
continuidade ao
fluxo de e- da
cadeia
respiratória
Outra flavoproteina importante na cadeia respiratória recebe
elétrons da oxidação dos ácidos graxos.
-oxidação
Acil-coA graxo desidrogenase →
primeira enzima da -oxidação
ETF = eletron -
transfering protein
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
(triglicerídeos)
(NADH)
Entradas de
elétrons na
cadeia
respiratória
Em todos os
casos os elétrons
passam para a
ubiquinona ou
coenzima Q
A ubiquinona reduzida pode se difundir
pela bicamada de lipídeos da MMI e
levar os elétrons ao Complexo III
Complexo III – Complexo dos citocromos bc1 ou
ubiquinona:cit c oxidorredutase
Complexo é um dímero de monômeros iguais constituídos por
11 subunidades diferentes
monômero
Monômero possui:
cit b cit c1
proteína Fe-S
Monômeros formam
duas cavidade
Centro P e N
Recebe 2e- da
ubiquinona e
transferem para o
citocromo c (1e-) -
Ciclo Q
Ciclo Q – existe porque a ubiquinona doa 2 e- e o citocromo c recebe 1 e-
Centro P - oxidação da QH2 liberando 2e- e 2H+
Centro N – uma ubiquinona é reduzida em duas etapas e capta 2H+ da matriz
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
Complexo IV – Citocromo oxidase
Complexo formado por 13
subunidades com 204kD
Possui dois centros de
transferência de e-
CobreA – subunidade II
(dois átomos de cobre
complexados a resíduos de
cisteína)
CobreB – subunidade I com
dois grupos heme (nesse
centro ocorre a redução do
O2 com formação de água)
Reações do 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
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
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
O fluxo de prótons a favor de seu gradiente fornece
energia para a síntese de ATP via ATP sintase.
•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 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
Glicose 10 NADH + 2 FADH2
Ac Graxo 16C 31 NADH e 15 FADH2
1 NADH ~ 2,5 ATP e 1 FADH2 ~ 1,5 ATP
Glicose - 2 ATP (Glicolise) + 2 ATP (TCA) + 28 ATP (FO)
Ac Graxo 16C – 8ATP (TCA) + 100 (FO)
Resumo final Glicólise
Aminoácidos
Ácidos graxos
Ciclo do ácido
tricarboxílico
Cadeia
respiratória
ATP???