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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.
Fosforilação
oxidativa
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?
Como é a mitocôndria?
As mitocôndrias
possuem duas
membranas sendo que a
interna forma cristas
para aumentar a
superfície de contato
interna com a matriz
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 (NAD)
Coenzima hidrossolúvel
Atua junto com as desidrogenases
retirando elétrons nas vias catabólicas
Transporta íon hidreto (2e- e 1H+)
Não passa pela MMI
Coenzima ligada covalentemente 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-
Flavina adenina dinucleotídeo (FAD)
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.
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
Conjunto de complexos proteicos e transportadores de
elétrons que captam e transferem elétrons até o Oxigênio
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)
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
Outras flavoproteinas importantes na cadeia respiratória
passam elétrons para as quinonas
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
A quinona reduzida (QH2) difunde-se pela bicamada de
lipídeos da MMI e levar os elétrons ao Complexo III
Quinona (Q) fica reduzida (QH2)por receber elétrons do
NADH (mitocôndria e citosol), FADH2 (TCA) e β-Oxidação
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
Como esse gradiente eletroquímico e da força
proton motriz pode gerar ATP ?
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
Apresenta dois
componentes estruturais
F0 (proteína integral da
membrana) e F1 (proteína
periférica de membrana -
matriz)
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)
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 grande afinidade ao ATP, o outro se
liga ao ADP e o terceiro à subunidade γ,
permanecendo vazio.
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
Modelo rotacional de catálise explica a
síntese de ATP
Dois sistemas transportadores (antiporte) são importantes na
síntese de ATP
O gradiente
eletroquímico
também é
importante para a
entrada de fosfato
na matriz
mitocondrial
Tarefa Individual (entregar na próxima aula, 18 ou 19/10)
Considerando a teoria Quimiosmótica de síntese
de ATP explique a relação entre a os
transportadores de elétrons e a produção de ATP
1 NADH produz 2,5 ATP
1 FADH2 produz 1,5 ATP
10 minutos e exercício em sala
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