TRANSPORTE DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS E ELÉTRONS E

FOSFORILAÇÃO OXIDATIVAFOSFORILAÇÃO OXIDATIVA

INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO

• Eventos do processo de transporte de Eventos do processo de transporte de elétrons:elétrons:

• Re-oxidação do NADH e FADH2;Re-oxidação do NADH e FADH2;

• Transferência de elétrons através de Transferência de elétrons através de quatro complexos enzimáticos;quatro complexos enzimáticos;

• Fosforilação Oxidativa.Fosforilação Oxidativa.

Formação de NADH e Formação de NADH e FADH2FADH2

• Formação do NADH citoplasmático;Formação do NADH citoplasmático;

• Formação do NADH Mitocondrial;Formação do NADH Mitocondrial;

• Formação do FADH2 MitocondrialFormação do FADH2 Mitocondrial

Formação do NADH e Formação do NADH e FADH2FADH2

GLICOSE

(2) GLICERALDEÍDO3 - FOSFATO

PIRUVATO

NADH NADH (2)KREBS

NADH

NADH

NADH

FADH2

(2)PIRUVATO

(2)ACETIL CoA

NADH

(n)-O2

NADH

FADH2

(n)ACIL-CoA

MITOCÔNDRIAMITOCÔNDRIA• Membrana Externa contém poros Membrana Externa contém poros

[ ] = Citoplasma. [ ] = Citoplasma.

• Membrana Interna sofre Membrana Interna sofre invaginações formando as cristas. invaginações formando as cristas. Relacionada com capacidade Relacionada com capacidade oxidativaoxidativa

• Espaço Inter-Membrana possui Espaço Inter-Membrana possui gradiente de íons gradiente de íons Importante Importante p/ função Mitocondrial.p/ função Mitocondrial.

• Matrix Mitocondrial possui Matrix Mitocondrial possui [ ] enzimática, DNA, RNA e [ ] enzimática, DNA, RNA e Ribossomos.Ribossomos.

SISTEMAS DE TRANSPORTE SISTEMAS DE TRANSPORTE MITOCONDRIALMITOCONDRIAL

• Sistema de Lançadeiras de Elétrons;Sistema de Lançadeiras de Elétrons;

• Translocador ADP-ATP;Translocador ADP-ATP;

• Transporte de CálcioTransporte de Cálcio

SISTEMAS DE LANÇADEIRA DE SISTEMAS DE LANÇADEIRA DE ELÉTRONSELÉTRONS• Malato – AspartatoMalato – Aspartato • Glicerol - FosfatoGlicerol - Fosfato

SISTEMAS DE LANÇADEIRA SISTEMAS DE LANÇADEIRA DE ELÉTRONSDE ELÉTRONS

• Glicerol-3-Fosfato / FlavoProteína Glicerol-3-Fosfato / FlavoProteína transf. De Elétronstransf. De Elétrons

TRANSLOCADOR ADP - ATPTRANSLOCADOR ADP - ATP• Grande Parte do ATP Grande Parte do ATP

produzido na MITO é utilizado produzido na MITO é utilizado no CITO.no CITO.

• Troca ATP / ADP. O Pi é Troca ATP / ADP. O Pi é trocado pelo H+.trocado pelo H+.

• Gradiente de Prótons 2 Gradiente de Prótons 2 Funções : (1) Funções : (1) TERMODINÂMICA para síntese TERMODINÂMICA para síntese de ATP e, (2) de ATP e, (2) Promove transporte de Promove transporte de matéria prima (ADP e Pi). matéria prima (ADP e Pi).

TRANSPORTE DE CÁLCIOTRANSPORTE DE CÁLCIO• Mitocôndria atua como TAMPÃO Mitocôndria atua como TAMPÃO

p/ Ca++. (p/ Ca++. ( Ca+ CITO Ca+ CITO Ca++ Ca++ MITO) e vice versa.MITO) e vice versa.

• Entrada através da força Entrada através da força elétrica.elétrica.

• Saída através do anti-porte por Saída através do anti-porte por Na+.Na+.

• Papel do Ca++ no Metabolismo.Papel do Ca++ no Metabolismo.

TRANSPORTE DE ELÉTRONSTRANSPORTE DE ELÉTRONS

• Termodinâmica do Transporte de Termodinâmica do Transporte de ElétronsElétrons

• Seqüência do Transporte de ElétronsSeqüência do Transporte de Elétrons

• Complexo IComplexo I

• Complexo IIComplexo II

• Complexo IIIComplexo III

• Complexo IVComplexo IV

SEQÜÊNCIA DO TRANSPORTE SEQÜÊNCIA DO TRANSPORTE DE ELÉTRONSDE ELÉTRONS

• NADH + CoQ-Ox. NADH + CoQ-Ox. NAD + CoQ-Red. ( NAD + CoQ-Red. (G = -69,5 k.j/M)G = -69,5 k.j/M)

• CoQ-Red + Cc-Ox CoQ-Red + Cc-Ox CoQ-Ox + Cc-Red. ( CoQ-Ox + Cc-Red. (G = -36,7 k.j/M)G = -36,7 k.j/M)

• Cc-Red. + 1/2O2 Cc-Red. + 1/2O2 Cc-Ox + H2O ( Cc-Ox + H2O (G = -112 k.j/M)G = -112 k.j/M)

TERMODINÂMICA DO TERMODINÂMICA DO TRANSPORTE DE ELÉTRONSTRANSPORTE DE ELÉTRONS

• NADH NADH NAD + NAD + (-218k.j/M)(-218k.j/M)

• 1 ATP = 30,5 kj/M1 ATP = 30,5 kj/M

• Eficiência de 42%Eficiência de 42%

• FADH2 FADH2 FAD + (-16,4 FAD + (-16,4 k.j/M)k.j/M)

COMPLEXO I (NADH – CoQ) COMPLEXO I (NADH – CoQ) Oxidorredutase Oxidorredutase

COMPLEXO I (NADH – CoQ) COMPLEXO I (NADH – CoQ) Oxidorredutase Oxidorredutase

• FMN e CoQ FMN e CoQ Podem transferir 1 ou 2 Podem transferir 1 ou 2 éé Formar conduto de Formar conduto de éé até os CITOCROMOS. até os CITOCROMOS.

• A partir da transferência de A partir da transferência de éé 4 H+ 4 H+ translocados p/ o espaço Inter-Membrana. translocados p/ o espaço Inter-Membrana.

TRANSLOCAÇÃO DE PRÓTONSTRANSLOCAÇÃO DE PRÓTONS

• H+ liga-se cadeia Aa H+ liga-se cadeia Aa Alteração na Alteração na conformação conformação H+ expostos no lado Inter-M H+ expostos no lado Inter-M Dissociação dos H+ Dissociação dos H+ Alteração Alteração conformação conformação Restauração Original. Restauração Original.

COMPLEXO II (Succinato – COMPLEXO II (Succinato – CoQ) Oxido-redutase CoQ) Oxido-redutase

COMPLEXO II (Succinato – CoQ) COMPLEXO II (Succinato – CoQ) Oxidorredutase Oxidorredutase

• €€ Insuficiente p/ formar ATP Insuficiente p/ formar ATP Importante p/ Importante p/ entrada de entrada de éé por via independente do por via independente do complexo 1.complexo 1.

• A CoQ A CoQ Difundi-se pela Bi-Camada Lipídica Difundi-se pela Bi-Camada Lipídica até os complexos (CAPTAÇÃO de até os complexos (CAPTAÇÃO de éé ) )

COMPLEXO III COMPLEXO III CoQ – Citocromo C – Oxido-CoQ – Citocromo C – Oxido-redutaseredutase

COMPLEXO III (CoQ – COMPLEXO III (CoQ – Citocromo C) Oxido-Citocromo C) Oxido-redutaseredutase

• O caminho de transferência de O caminho de transferência de éé no no Complexo III depende da capacidade de Complexo III depende da capacidade de difusão da difusão da CoQCoQ p/ ligar-se a p/ ligar-se a QQ00 e e QQii

• Oxidação Oxidação CoQHCoQH2 2 2 2 CcCc Red. + 4 H Red. + 4 H++ IM IM

• Cc Cc faz o transporte de faz o transporte de éé na superfície na superfície externa da Membrana (externa da Membrana ( outros outros Citocromos)Citocromos)

COMPLEXO III (CoQ – COMPLEXO III (CoQ – Citocromo C) Oxido-Citocromo C) Oxido-redutaseredutase

COMPLEXO IV- Citocromo-C COMPLEXO IV- Citocromo-C Oxidase Oxidase

COMPLEXO IV- Citocromo-C COMPLEXO IV- Citocromo-C Oxidase Oxidase

• A redução do OA redução do O22 a H a H22O pelo Cc-Oxidase no O pelo Cc-Oxidase no complexo complexo CCa3a3-Cu-CuBB dura dura ~1ms~1ms em em temperatura ambiente.temperatura ambiente.

A REAÇÃO DA CITOCROMO C A REAÇÃO DA CITOCROMO C OXIDASEOXIDASE

• 4 4 éé doados pelo doados pelo CcCc e e 4H4H++ são necessários são necessários para Reduzir Opara Reduzir O22 a a HH22O.O.

FOSFORILAÇÃO OXIDATIVAFOSFORILAÇÃO OXIDATIVA

• A Teoria QuimiosmóticaA Teoria Quimiosmótica

• ATP – SintaseATP – Sintase

• A Proporção P/OA Proporção P/O

• Desacoplamento da Fosforilação Desacoplamento da Fosforilação OxidativaOxidativa

ENERGIA DE ACOPLAMENTOENERGIA DE ACOPLAMENTO

• A A €€ liberada pelo transporte de liberada pelo transporte de éé através dos complexos I-IV deve ser através dos complexos I-IV deve ser conservada em uma forma que a conservada em uma forma que a ATP-ATP-sintetasesintetase possa utilizá-la. possa utilizá-la.

A TEORIA QUIMIOSMÓTICAA TEORIA QUIMIOSMÓTICA

• Peter Mitchell 1961 Peter Mitchell 1961 A A €€ da CTE é conservada pelo da CTE é conservada pelo H+ H+ da MATRIZ p/ IM, qual cria um gradiente de H+ através da da MATRIZ p/ IM, qual cria um gradiente de H+ através da Membrana Interna MITO. O potencial ELÉTRO-QUÍMICO é Membrana Interna MITO. O potencial ELÉTRO-QUÍMICO é utilizado p/ formar ATP.utilizado p/ formar ATP.

• 1) Necessita da Memb. MITO intacta1) Necessita da Memb. MITO intacta

• 2) Memb. MITO impermeável a íons 2) Memb. MITO impermeável a íons

• 3) Transporte de é resulta na saída de H+3) Transporte de é resulta na saída de H+ Cria gradiente Cria gradiente ELETRO-QUÍMICOELETRO-QUÍMICO

• 4) Composto q 4) Composto q permeabilidade Memb. aos íons permeabilidade Memb. aos íons dissipam o dissipam o gradiente ELETRO-QUÍMICO. gradiente ELETRO-QUÍMICO.

A TEORIA QUIMIOSMÓTICAA TEORIA QUIMIOSMÓTICA

FORÇA PROTOMOTIVAFORÇA PROTOMOTIVA

• A A €€ SEQÜESTRADA PELO GRADIENTE SEQÜESTRADA PELO GRADIENTE ELETROQUÍMICO RESULTANTE CONDUZ ELETROQUÍMICO RESULTANTE CONDUZ A SÍNTESE DO A SÍNTESE DO ATP.ATP.

• O processo de síntese do ATP é O processo de síntese do ATP é Exergônico.Exergônico.

• AA € € é é utilizada pela ATP-Sintetaseutilizada pela ATP-Sintetase

ATP - SINTASEATP - SINTASE• Composta por 2 unidades Composta por 2 unidades

funcionais : F0 e F1funcionais : F0 e F1

• F0 F0 É um canal de H+ É um canal de H+ transmembrana insolúvel em H2O transmembrana insolúvel em H2O contendo diferentes subunidades.contendo diferentes subunidades.

• F1 F1 Hidrolisa ATP e não sintetisa Hidrolisa ATP e não sintetisa (ATPase)(ATPase)

• As duas unidades estão As duas unidades estão conectadas dando o formato de conectadas dando o formato de uma âncora.uma âncora.

ATP - SINTASEATP - SINTASE

• F1 F1 3 sítios catalíticos (L) = Frouxo; (T) = Firme e (O) = 3 sítios catalíticos (L) = Frouxo; (T) = Firme e (O) = Não os Liga.Não os Liga.

• 3 fases3 fases

• 1) ADP e Pi ligam-se ao sítio frouxo (L)1) ADP e Pi ligam-se ao sítio frouxo (L)• 2) 2) € € Alteração conformacional L-T; T-O e O-L Alteração conformacional L-T; T-O e O-L• 3) ATP sintetizado (T) e dissociado (O)3) ATP sintetizado (T) e dissociado (O)

A PROPORÇÃO P/OA PROPORÇÃO P/O

• Relaciona a quantidade de ATP Relaciona a quantidade de ATP sintezada à quantidade de O2 sintezada à quantidade de O2 Reduzido.Reduzido.

• NADH NADH Complexo I-III-IV = 10 H+ Complexo I-III-IV = 10 H+ 3 ATP 3 ATP

• FADH2 FADH2 Complexo II-III-IV 6 H+ Complexo II-III-IV 6 H+ 2 ATP 2 ATP

• Peter Hinkle Reexaminou a Proporção P/OPeter Hinkle Reexaminou a Proporção P/O

• 2,5 e 1,5 ATP.2,5 e 1,5 ATP.

Formação Total de ATPFormação Total de ATP

DESACOPLAMENTO DA DESACOPLAMENTO DA FOSFORILAÇÃO OXIDATIVAFOSFORILAÇÃO OXIDATIVA

DNP DNP permeabilidade dos H+ e desacopla permeabilidade dos H+ e desacopla a FosforilaçÃo Oxidativa.a FosforilaçÃo Oxidativa.

CONTROLE DA PRODUÇÃO CONTROLE DA PRODUÇÃO DE ATPDE ATP

• Controle da Fosforilação OxidativaControle da Fosforilação Oxidativa

• Controle Coordenado do Metabolismo Controle Coordenado do Metabolismo OxidativoOxidativo

CONTROLE DA FOSFORILAÇÃO CONTROLE DA FOSFORILAÇÃO OXIDATIVAOXIDATIVA• Reações NADH ao Cc Reações NADH ao Cc Próximas do equilíbrio; Assim Próximas do equilíbrio; Assim

são rapidamente revertidas pela adição do seu são rapidamente revertidas pela adição do seu produto em ATP.produto em ATP.

• Reação Cc Oxxidase é Irreversível e portanto um Reação Cc Oxxidase é Irreversível e portanto um sítio de CONTROLE.sítio de CONTROLE.

• Cc Ox. Cc Ox. Controlada pela Cc Red. , qual depende da Controlada pela Cc Red. , qual depende da Relação [NADH] / [NAD] e [ADP] e [Pi] / [ATP].Relação [NADH] / [NAD] e [ADP] e [Pi] / [ATP].

• Exercício Exercício [ADP] e [Pi] [ADP] e [Pi] [Cc Red.] [Cc Red.] (+) Cc Ox. (+) Cc Ox.

CONTROLE COORDENADO DO CONTROLE COORDENADO DO METABOLISMO OXIDATIVOMETABOLISMO OXIDATIVO

IMPLICAÇÕES FISIOLÓGICAS IMPLICAÇÕES FISIOLÓGICAS DO METABOLISMO AERÓBIODO METABOLISMO AERÓBIO

• Citocromo P450Citocromo P450

• Espécies Reativas de O2Espécies Reativas de O2

• Mecanismos AntioxidantesMecanismos Antioxidantes

CITOCROMO P450CITOCROMO P450

• Hidrolisam Moléculas HIDROFÓBICAS para gerar Hidrolisam Moléculas HIDROFÓBICAS para gerar produtos mais solúveis.produtos mais solúveis.

• Ex. Muitos Substratos da P450 são Lipofílicos, Ex. Muitos Substratos da P450 são Lipofílicos, quais quando acumulados são tóxicos. A quais quando acumulados são tóxicos. A hidroxilaçào causada pelo P450 hidroxilaçào causada pelo P450 Converte em Converte em moléculas mais solúveis para a excreção. moléculas mais solúveis para a excreção.

ESPÉCIES REATIVAS DE ESPÉCIES REATIVAS DE OXIGÊNIOOXIGÊNIO

• Algumas vezes o O2 é reduzido apenas de modo parcial, Algumas vezes o O2 é reduzido apenas de modo parcial, produzindo espécies de O2 que facilmente reagem com produzindo espécies de O2 que facilmente reagem com uma variedades de componentes celulares.uma variedades de componentes celulares.

• Mais Comum é Superóxido O2 + é Mais Comum é Superóxido O2 + é O O22--

• RL RL Aumentam, durante o curso do metabolismo Aumentam, durante o curso do metabolismo oxidativo normal e são, no mínimo parcialmente oxidativo normal e são, no mínimo parcialmente responsáveis pelo processo de envelhecimento.responsáveis pelo processo de envelhecimento.

• RL RL Lesões oxidativas (Membranas, DNA, Lesões oxidativas (Membranas, DNA, Mitocôndrias)Mitocôndrias)

MECANISMOS ANTIOXIDANTESMECANISMOS ANTIOXIDANTES

• Os antioxidantes destroem os RLOs antioxidantes destroem os RL

• A enzima Superóxido Dismutase A enzima Superóxido Dismutase (SOD) catalisa a conversão do 2 (SOD) catalisa a conversão do 2 OO22

- - + + 2H+ 2H+ H H22OO22 + O + O2.2.

• SOD SOD 1 100 Linha de defesa contra RL Linha de defesa contra RL

TECIDO ADIPOSO MARROMTECIDO ADIPOSO MARROM

FIMFIM

PERGUNTASPERGUNTAS

• 1) Pq o NADH citoplasmático forma 1 ATP 1) Pq o NADH citoplasmático forma 1 ATP a menos que o NADH MITOCONDRIAL ?a menos que o NADH MITOCONDRIAL ?

• 2) Que vantagem teríamos se reduzirmos 2) Que vantagem teríamos se reduzirmos o gradiente de prótons na CTE ?o gradiente de prótons na CTE ?

• 3) Qual o papel do Tec. Adiposo marrom ?3) Qual o papel do Tec. Adiposo marrom ?

• 4) Como é feito o controle da fosforilação 4) Como é feito o controle da fosforilação oxidativa ?oxidativa ?