Fosforilação Oxidativa Bioquímica para Enfermagem Prof. Dr. Didier Salmon MSc. Daniel Lima

Fosforilação OxidativaBioquímica para Enfermagem

Prof. Dr. Didier SalmonMSc. Daniel Lima

Respiração Celular• Fase aeróbia do

catabolismo energético

Matriz Mitocondrial

Citosol 1glicose

2 piruvato

ATP

ADPHQ

Oxidação da Glicose

• Menor parte do ATP produzido na glicólise• Maior parte na fosforilação oxidativa, energia proveniente de NADHs e

FADH2s

Um pouco de história...• Há muito tempo era conhecido um pigmento que também estava

associado ao consumo de O2

– MacMunn (Ingaterra, final do século XIX) – Pigmentos Respiratórios

– Hop Seiler, 1889 – Pigmentos descritos por MacMunn seriam contaminantes derivados da hemoglobina

– David Keilin, 1920 - Presença ampla dos pigmentos de MacMunn na natureza• Insetos (músculos torácicos de mosca (Gasterophilus)), vermes, plantas,

leveduras, tecidos humanos, etc…

• Citocromos: Proteínas que tem o heme como grupo prostético

MiohematinaHistohematina

Microespectrofotômetro de Keilin

750 650 600 550 500 450 400

Linhas de absorção específica

a b c d

Dando continuidade a seu trabalho, Keilin colava insetos, Galleria mellonella (uma mariposa), numa placa que colocava sob a luz forte de um microscópio, de maneira que o tórax do inseto ficasse voltado para cima. Sendo o tórax amarelo, as bandas pretas eram facilmente visualizadas. Os citocromos apresentam-se como fortes bandas escuras no estado reduzido, enquanto que no estado oxidado apresentam-se como bandas claras tornando-se praticamente invisíveis. Você pode prever se as bandas eram visualizadas, quando:

a) o inseto permanecia em repouso.b) o inseto começava a vibrar as asas tentando voar.c) o inseto cessava de se mover e voltava ao repouso.d) o inseto em repouso era submetido a vapores de KCN.

Pigmentos Respiratórios

Transportadores de Elétrons• Funcionam em complexos ordenados em série

– Podem ser determinados pelas cinéticas de suas oxidações

– Acréscimo de O2 após determinado tempo– Redução dos transportadores

% c

itocr

omo

redu

zido

N2 + succinato

Tempo (s)

O2

b

c1

c

Doador e-

Aceptor e-

a +d

A B C D

Succinato + N2

+ O2

AB C D

• O transportador mais próximo do O2 solta seu elétron primeiro (D)• O mais distante é oxidado por último (B)

• Determinação da sequência dos transportadores de elétrons

Transportadores de Elétrons• Sequência pode ser determinada através da utilização de inibidores

O2

% c

itocr

omo

redu

zido

N2 + succinato

Antimicina

b

c1

c

a +d

Tempo (s)

% ci

tocr

omo

redu

zido

N2 + succinato

cianeto ou CO

a+d, c, c1, b

Tempo (s)

O2

D A C B D A C B

Succinato + N2 Succinato + N2

Antimicina A+ O2

KCN+ O2

Transportadores de Elétrons• Sequência pode ser determinada através da utilização de inibidores

NADH e O2

• A oxidação de NADH está associada ao consumo de O2 (Lehninger)

DPN = NAD+ DPNH2 = NADH + H+

Oxidação do NADH• A oxidação do

NADH só acontecia numa determinada fração celular...

Evidências...• Havia uma determinada fração celular que era capaz de

“consumir” (oxidar) o NADH.

• Nesta mesma fração celular existiam uns pigmentos (citocromos) que eram descritos como respiratórios. Tinham um comportamento diferente na presença de O2, onde eram oxidados e na presença de succinato se reduziam.

• Havia uma organela na celula que era capaz de oxidar os NADHs e FADH2s do ciclo de Krebs e que isso rendia ainda mais ATP que na via glicolítica

Membranaexterna

Membranainterna

Permeável a íons e pequenas moléculas(10- 15000 daltons)

Impermeável a maioria das pequenas moléculas e íons, incluindo H+. Componentes:Cadeia respiratóriaADP-ATP trocadorATP sintaseOutros transportadores

Complexo piruvato desidrogenase

Enzimas do ciclo de krebs

Oxidação de ácidos graxos e aminoacidos

ATP, ADP, Mg++, Ca+

+, K+

A Mitocôndria

A Mitocôndria

Mitocôndria de Músculo de Vôo de Inseto

Mitocôndria de Fígado de Mamíferos

Essência da Fosforilação OxidativaComplexo I

Complexo II

Complexo III

Complexo IV

Os Complexos da Cadeia Respiratória

Potencial de Redução • Ajuda a prever o movimento dos elétrons

• Quando as substâncias estão conectadas por um fio de metal em um circuito elétrico os elétrons fluem da substância com o potencial de redução mais baixo para o com o potencial de redução mais alto.

E°’= + O,770 V E°’= + O,159 V

TABELA DE E°’ (Volts)

Variação no pot. de redução e variação de energia livre

Eo ́(v

olts

)

-0.4

-0.2

0.0

+0.2

+0.4

+0.6

+0.8 G

o´(k

cal/m

ol re

lativ

e to

O2)50

40

30

20

10

0

FMN

NADH

CoQ b

c1 c a3

O2

24,8 kcal/mol

9,2 kcal/mol

12,4 kcal/mol

• Os diferentes coenzimas da cadeia respirátoria têm um E° que vai crescendo durante o processo de transferência de elétrons, sendo o O2 o aceptor final de elétrons

Integrando Inibidores e Potenciais de Redução Padrão

Proteínas Importantes para a Transferência de Elétrons

• Citocromos

• O ferro funciona como transportador de elétrons, variando seu estado de oxidação entre +2 e +3.

Heme como Grupo Prostético

Proteínas Importantes para a Transferência de Elétrons

• Aglomerados Fe-S

Fe-S 2Fe-2S 4Fe-4S

Um único íon Ferro coordenado em tetraedro com 4 sulfidrilas de 4 cisteinas da proteína

4 atómos de Ferro, 4 sulfetos inorgânicos e 4 cisteínas

Contém 2 atómos de Ferro e 2 sulfetos inorgânicos. Tais aglomerados são, geralmente, coordenados com 4 cisteínas

Os aglomerados Fe-S sofrem reação de óxido redução sem liberar ou captar prótons

Proteínas Importantes para a Transferência de Elétrons

• Aglomerados Fe-S

Fe-S 2Fe-2S 4Fe-4S

Complexo I e IIComplexo II: 3Fe-4S

Complexo III: centro de Rieske –2 histidinas em vez das cisteínas