Bioquímica

Professora Luciane Belmonte Pereira

Disciplina Bioquímica

1. Definição de Metabolismo;

2. Catabolismo X Anabolismo;

3. Reações Redox;

4. Enzimas desidrogenases;

5. Coenzimas FAD e NAD+;

6. Respiração celular;

7. Acoplamento de energia;

8. Ciclo de Krebs;

9. Cadeia respiratória;

10. Fosforilação oxidativa.

METABOLISMO CELULARMETABOLISMO CELULAR “É o somatório de todas as transformações da

matéria e da energia (reações químicas) que ocorrem em determinada célula ou organismo”

• As reações químicas não ocorrem isoladamente nas células, mas estão organizadas em rotas, onde o produto de uma reação serve como substrato da reação subsequente;

• O precursor é convertido por meio de uma série de intermediários denominados metabólitos;

• As rotas se interrelacionam, formando uma rede multidimensional de reações que constitui o metabolismo celular; GLICÓLISE

Metabolismo intermediárioMetabolismo intermediário→ refere-se às atividades combinadas de todas as vias metabólicas que interconvertem precursores, metabólitos e produtos de baixo peso molecular.

Existem vias:1) Lineares (Ex. glicólise: 1 glicose → 2 piruvatos);2) Ramificadas → a partir de um único precursor, conduzem a diferentes produtos finais úteis ou convertem diferentes precursores em um único produto final; 3) Cíclicas → um precursor da via é regenerado por meio de uma série de reações em que um segundo precursor é convertido em produto (Ex. oxaloacetato é renenerado no ciclo de Krebs).

CATABOLISMO CONVERGENTE

≠ ANABOLISMO DIVERGENTE

Metabolismo = Catabolismo + AnabolismoMetabolismo = Catabolismo + Anabolismo

• Os processos vitais requerem que as moléculas consumidas como nutrientes sejam decompostas para se extrair a sua energia e também para que sejam fornecidos os blocos de construção para a criação de novas moléculas;

CATABOLISMOCATABOLISMO

• Para manter um estado estacionário dinâmico, os organismos vivos precisam de uma fonte de energia constante para organizar o seu interior frente às variações externas;

• O processo de extração de energia ocorre em uma série de várias etapas pequenas, nas quais os doadores de elétrons transferem energia aos aceptores de elétrons.

Essas REAÇÕES DE OXIDORREDUÇÃO são fundamentais para a extração de energia de

moléculas como a glicose, por exemplo.

REAÇÕES DE OXIDORREDUÇÃOREAÇÕES DE OXIDORREDUÇÃO• Reações de oxidorredução, também referidas como reações redox,

são aquelas em que os elétrons são transferidos de um doador a um aceptor. A oxidação é a perda de elétrons e a redução é o ganho de elétrons.

Oxidação = perda de e¯Redução = ganho de e¯

A substância que perde elétrons (o doador; a

molécula que é oxidada) é chamada agente redutor!

A substância que ganha elétrons (o receptor; a

molécula que é reduzida) é chamada agente oxidante!

→ EXEMPLO PRÁTICO DE REAÇÕES REDOX:

• A transferência de grupos fosfato e de elétrons são eventos centrais no metabolismo celular;

• Os elétrons movem-se de diferentes intermediários metabólicos para carreadores especializados, por meio de reações enzimáticas;

COENZIMAS:

• Os carreadores doam seus elétrons, através de reações enzimáticas, a receptores que apresentam maior eletroafinidade, liberando energia;

Enzimas oxidorredutases ou desidrogenases

→ são holoenzimas que necessitam de

NAD+ (NADP+) ou FAD (FMN) como coenzimas!

TRANSPORTADORES DE ELÉTRONSTRANSPORTADORES DE ELÉTRONS

• NAD+ (oxidado)/NADH (reduzido): Nicotinamida adenina dinucleotídeo

• FADH (oxidado)/FADH2 (reduzido): Flavina adenina dinucleotídeo

• Íon hidreto (:H-): possui 2 elétrons e 1 prótonNADNAD++ (NADP (NADP++))

• O NADP+ difere do NAD+ por ter um grupo fosfato adicional!!!

• À medida que uma molécula de substrato sofre oxidação (desidrogenação), liberando dois átomos de hidrogênio, a forma oxidada (NAD+ ou NADP+) recebe um íon hidreto (:H-, o equivalente a um próton e dois elétrons), sendo transformada na sua forma reduzida (NADH ou NADPH). O segundo próton removido do substrato é liberado no solvente aquoso (NADH + H);

• As coenzimas NAD+ ou NADP+ movem-se facilmente de uma enzima para a outra, atuando como um transportador hidrossolúvel de elétrons de um metabólito para o outro.

• As coenzimas NAD+ ou NADP+ apresentam funções metabólicas especializadas:

• NAD+ atua em OXIDAÇÕES, geralmente associadas a processos CATABÓLICOS.

• NADP+ atua em REDUÇÕES, geralmente associadas a processos ANABÓLICOS.

FAD (FMN)FAD (FMN)

• Na maioria das flavoproteínas a coenzima encontra-se FORTEMENTE ligada, e em algumas, a ligação é covalente.

• Como as flavoproteínas podem participar da transferência tanto de um quanto de dois elétrons, a diversidade de reações nas quais essa classe de proteínas está envolvida é maior que a das desidrogenases ligadas às coenzimas NAD+ e NADP+.

• Os átomos de C encontrados nos compostos bioquímicos podem estar em cinco diferentes estados de oxidação, dependendo dos elementos com que o átomo de C compartilha os elétrons.

Estados de oxidação do carbono Estados de oxidação do carbono nas biomoléculasnas biomoléculas

• As vias catabólicas são as sequências de reações oxidativas que resultam na transferência de elétrons, por meio de uma série de transportadores, das moléculas combustíveis até o oxigênio.

• A GRANDE AFINIDADE POR ELÉTRONS QUE O O2 APRESENTA TORNA ALTAMENTE EXERGÔNICO ESSE PROCESSO DE TRANSFERÊNCIA QUE FORNECE A ENERGIA QUE IMPULSIONA A SÍNTESE DE ATP → OBJETIVO CENTRAL DO CATABOLISMO!!!

Fase Fase aeróbicaaeróbica do catabolismo do catabolismo

→ → 3 estágios!3 estágios!

RESPIRAÇÃO CELULARRESPIRAÇÃO CELULAR

Os 3 estágios do catabolismoOs 3 estágios do catabolismo

11º Eº Estágiostágio: : as moléculas dos combustíveis orgânicos (glicose, ácidos as moléculas dos combustíveis orgânicos (glicose, ácidos graxos e aminoácidos) são graxos e aminoácidos) são oxidadasoxidadas para liberar fragmentos de para liberar fragmentos de 2 átomos de carbono na forma de um grupo acetila do 2 átomos de carbono na forma de um grupo acetila do acetil-coenzima A ( acetil-coenzima A (Acetil-CoA); );

22º º EstágioEstágio: : esses grupos acetila são introduzidos no esses grupos acetila são introduzidos no ciclo do ácido ciclo do ácido cítricocítrico, o qual os oxida enzimaticamente até , o qual os oxida enzimaticamente até COCO22. A energia liberada . A energia liberada

pela oxidação é pela oxidação é conservadaconservada nos transportadores de elétrons nos transportadores de elétrons reduzidos: reduzidos: NADH e FADHNADH e FADH22;;


3º Estágio: os equivalentes reduzidos são oxidados, desfazendo-se de prótons (H+) e elétrons; Os elétrons são conduzidos ao longo de uma cadeia de moléculas transportadoras de elétrons, conhecida como Cadeia Respiratória, até o O2 (aceptor de elétrons), o qual é

reduzido para formar H2O;


Durante este processo de transferência de elétrons

através da cadeia respiratória, uma grande quantidade de

energia é liberada e conservada na forma de ATP, através

do processo chamado fosforilação oxidativafosforilação oxidativa..

FOSFORILAÇÃO OXIDATIVAFOSFORILAÇÃO OXIDATIVA

Ocorre nas mitocôndrias;

FOSFORILAÇÃO AO NÍVEL DE SUBSTRATOFOSFORILAÇÃO AO NÍVEL DE SUBSTRATO

Ocorre geralmente na ausência de oxigênio e o grupo fosfato transferido para o ADP provém de

um intermediário metabólico;

Então, como produzimos a Então, como produzimos a molécula ATP?molécula ATP?

• Em alguns casos, a energia livre da hidrólise dos organofosfatos é mais alta que a do ATP e por isso pode impulsionar a fosforilação do ADP em ATP.

FOSFORILAÇÃO AO NÍVEL DE SUBSTRATOFOSFORILAÇÃO AO NÍVEL DE SUBSTRATO

12

Íon fosfato (Pi)

→ HIDRÓLISE DO FOSFOENOLPIRUVATO (PEP):

→ HIDRÓLISE DO 1,3 - BIFOSFOGLICERATO:

1

1

2

2

3

Os produtos são mais estáveis que

os reagentes!

Como a produção e o uso Como a produção e o uso da energia são acoplados?da energia são acoplados?

• Uma questão muito importante do metabolismo é: “Como a energia liberada pela oxidação dos nutrientes é capturada e utilizada?” Essa energia deve ser transformada em uma forma de energia química de fácil acesso → ATP!

A energia livre de Gibbs (G) prediz o sentido em que uma reação ocorrerá espontaneamente.

• Quando uma reação ocorre com LIBERAÇÃO de energia livre, ou seja, quando o sistema se transforma de maneira a possuir menos energia livre, a variação de energia livre (∆G) apresenta valor NEGATIVO → REAÇÃO EXERGÔNICA.

• Quando uma reação química LIBERA CALOR → REAÇÃO EXOTÉRMICA, e o conteúdo de calor dos produtos é menor que o dos reagentes e ∆H possui valor NEGATIVO.

• Quando os produtos de uma reação são menos complexos e mais desordenados que os reagentes, a reação ocorre com um ganho de entropia.

O produto (A) apresenta MAIOR energia livre que o reagente (B).

O produto (B) apresenta MENOR energia livre que o reagente (A).

Espontânea!!!

∆G < 0 NEGATIVA Ocorre de forma direta

∆G = 0 ZERO Está no equilíbrio

∆G > 0 POSITIVA Ocorre de forma inversa

• As enzimas NÃO alteram a energia livre do sistema e, assim sendo, NÃO ALTERAM O EQUILÍBRIO TERMODINÂMICO DA REAÇÃO, ou seja, a reação obedece a mudanças de energia livre do sistema sendo realizada caso seja energeticamente possível.

RELEMBRANDO: RELEMBRANDO: As As enzimasenzimas aumentam a velocidadeaumentam a velocidade das das reações químicas, mas reações químicas, mas NÃO alteram o equilíbrioNÃO alteram o equilíbrio termodinâmico termodinâmico da reação (o sentido)!!!da reação (o sentido)!!!

ATP: Transportador ATP: Transportador de energia!de energia!

Os produtos são

mais estáveis que

os reagentes! A energia liberada na hidrólise do ATP NÃO é armazenada!!!

NUCLEÓFILO:

ELETRÓFILO:

12

34

• NUCLEÓFILO: é um átomo rico em elétrons;

• ELETRÓFILO: é um átomo pobre em elétrons.

≠

GASTO DE ENERGIA!

Exemplo de acoplamento de energia:Exemplo de acoplamento de energia:

Exemplo de acoplamento de energia:Exemplo de acoplamento de energia:

Nos organismos aeróbicos, a glicose e outros açúcares, os ácidos graxos e a maioria dos aminoácidos são oxidados, em última instância, a CO2 e H2O através do ciclo de Krebs. Entretanto, antes que possam entrar no ciclo, os esqueletos carbônicos precisam ser degradados até o grupo acetil do acetil-coenzima A (Acetil-CoA) → forma na qual o ciclo aceita a maior parte do seu combustível.

O catabolismo passo a passo de carboidratos, gorduras e aminoácidos será estudado na sequência da disciplina!

1º estágio da Respiração Celular:

I. O piruvato entra na mitocôndria associado ao transportador do piruvato;

II. Posteriormente, sofre descarboxilação oxidativa por ação de um complexo

multienzimático associado à membrana interna da mitocôndria.

*** No caso da via de degradação da glicose, o piruvato (produto final da glicólise) deve ser descarboxilado e oxidado para liberar acetil-CoA e CO2.

Complexo da piruvato desidrogenase

REAÇÃO IRREVERSÍVEL!!!

5 coenzimas do complexo:5 coenzimas do complexo:1) Tiamina pirofosfato (TPP)

2) FAD

3) CoA-SH

4) NAD

5) Lipoato

3 enzimas do 3 enzimas do complexo: complexo:

Coenzima A (CoA-SH)

→ Grupos acila ligam-se covalentemente ao grupo –SH (tiol) da Coenzima A, formando tioésteres. Devido a sua energia livre de hidrólise relativamente alta, os tioésteres têm um alto potencial de transferência de grupos acila, doando esses grupos a uma variedade de moléculas receptoras.

→ O grupo acila ligado à CoA pode, assim, ser visto como um estado ativado para a transferência do mesmo grupo!!! Acetil-CoA = Acetato ativado

*** Forma-se o Acetil-CoA que entra no Ciclo de Krebs...

Ciclo do Ácido Cítrico ou Ciclo de Krebs Ciclo do Ácido Cítrico ou Ciclo de Krebs ou Ciclo dos Ácidos Tricarboxílicosou Ciclo dos Ácidos Tricarboxílicos

• O Ciclo de Krebs é o centro do metabolismo energético na maioria das células aeróbicas;

• Representa a 2ª fase da respiração celular, sendo responsável pela oxidação total de unidades carbônicas (Acetil-CoA) à C02, produção de equivalentes redutores (NADH e FADH2) e ATP;

2º estágio da Respiração Celular:

Mitocôndria

Cadeia respiratória – Fosforilação oxidativa

Ciclo de Krebs

Impermeável

Intermediários do Ciclo de Krebs Intermediários do Ciclo de Krebs 2 carbonos

4 carbonos

4 carbonos

4 carbonos

4 carbonos

6 carbonos

5 carbonos

4 carbonos

6 carbonos

*** Uma molécula de oxaloacetato é empregada para formar citrato, mas uma molécula de oxaloacetato é REGENERADA → VIA CÍCLICA!

8 passos8 passos do do

Ciclo de Krebs:

Ciclo de Krebs:

Reações 1, 3 e 4 são: IRREVERSÍVEIS!!!

1. Formação do CITRATO

11º Passoº Passo: : condensaçãocondensação do Acetil-CoA + oxaloacetato do Acetil-CoA + oxaloacetato citratocitrato (enzima = (enzima = citrato sintasecitrato sintase))


__ ↓[ ]

22º Passoº Passo: : desidratação seguida de hidrataçãodesidratação seguida de hidratação do citrato do citrato isocitrato isocitrato (enzima = (enzima = aconitaseaconitase))

2. Formação do ISOCITRATO

3. Formação do α-CETOGLUTARATO 33º Passoº Passo: : descarboxilação oxidativadescarboxilação oxidativa do isocitrato do isocitrato

-cetoglutarato -cetoglutarato (enzima = (enzima = isocitrato desidrogenaseisocitrato desidrogenase))

→ → Neste passo ocorre a saída do Neste passo ocorre a saída do 1º CO1º CO22 e formação do e formação do 1º1º NADHNADHREAÇÃO IRREVERSÍVEL!!!

4. Formação do SUCCINIL-CoA 44º Passoº Passo: : descarboxilação oxidativadescarboxilação oxidativa do do -cetoglutarato -cetoglutarato succinil-CoAsuccinil-CoA (enzima = (enzima = complexo da complexo da -cetoglutarato desidrogenase-cetoglutarato desidrogenase))→ → Neste passo ocorre a saída do Neste passo ocorre a saída do 2º CO2º CO22 e formação do e formação do 2º2º NADHNADH


Succinil-CoA = Succinato ativado

5. Formação do SUCCINATO 55º Passoº Passo: : fosforilação ao nível do substratofosforilação ao nível do substrato do succinil-CoA do succinil-CoA succinatosuccinato (enzima = (enzima = succinil-CoA sintetasesuccinil-CoA sintetase););→ → Neste passo ocorre a formação de Neste passo ocorre a formação de GTP (ATP) GTP (ATP)

→ → Fosforilação ao nível do substrato Fosforilação ao nível do substrato ≠≠ Cadeia respiratória Cadeia respiratória (Fosforilação oxidativa);(Fosforilação oxidativa);

Fosforilação ao

nível do substrato

Nucleosídeo difosfato quinase

__

6. Formação do FUMARATO 66º Passoº Passo: : desidrogenaçãodesidrogenação do succinato do succinato fumaratofumarato (enzima = (enzima = succinato desidrogenasesuccinato desidrogenase))→ → Neste passo ocorre a formação de Neste passo ocorre a formação de FADHFADH22 Análogo do succinato e

inibidor competitivo da succinato desidrogenase → bloqueador do ciclo

de Krebs

Nos eucariotos, a succinato desidrogenase está firmemente ligada à membrana mitocondrial interna (cadeia transportadora de elétrons)!!!

7. Formação do MALATO

77º Passoº Passo: : hidrataçãohidratação do fumarato do fumarato malatomalato(enzima = (enzima = fumarasefumarase))

8. Formação do OXALOACETATO

88º Passoº Passo: : oxidaçãooxidação do malato do malato oxaloacetatooxaloacetato (enzima = (enzima = malato desidrogenasemalato desidrogenase))→ → Neste passo ocorre a formação do Neste passo ocorre a formação do 3º3º NADH NADH e a e a regeneração regeneração

do oxaloacetatodo oxaloacetato, o qual pode condensar-se a uma nova , o qual pode condensar-se a uma nova molécula de acetil-CoA, dando continuidade ao ciclo.molécula de acetil-CoA, dando continuidade ao ciclo.

↓[ ]

Produtos do ciclo de KrebsProdutos do ciclo de Krebs

→ 3 NADH

→ 1 FADH2

→ 1 GTP (ATP)

→ 2 CO2

Rendimento energético do Rendimento energético do ciclo de Krebs/volta ciclo de Krebs/volta

• Embora o ciclo de Krebs diretamente gere apenas uma molécula de ATP por volta, os 4 passos de oxidação do ciclo fornecem um grande fluxo de elétrons para a cadeia respiratória, através de NADH e FADH2, e esta leva à formação de um grande número de moléculas de ATP durante a fosforilação oxidativa.

Cadeia respiratória/Fosforilação oxidativa:• A passagem de dois elétrons do NADH para o oxigênio

potencia a formação de 2,5 moléculas de ATP (ou 3);• A passagem de dois elétrons do FADH2 para o oxigênio

potencia a formação de 1,5 moléculas de ATP (ou 2);

→ 3 NADH X 2,5 = 7,5 ATPs

→ 1 FADH2 X 1,5 = 1,5 ATPs

→ 1 GTP (ATP) = 1 ATP

10 ATPs/volta

O ciclo de Krebs é umaO ciclo de Krebs é uma VIA ANFIBÓLICAVIA ANFIBÓLICA

• O ciclo de Krebs além de funcionar no catabolismo oxidativo de carboidratos, ácidos graxos e aminoácidos, também fornece precursores para muitas vias biossintéticas.

• VIA ANFIBÓLICA: serve tanto a processos catabólicos quanto anabólicos.

• À medida que os intermediários do ciclo de Krebs são removidos para servirem como precurssores biossinteticos, eles são repostos por meio das REAÇÕES ANAPLERÓTICAS (reações de reposição/preenchimento) → equilíbrio dinâmico!

*

Regulação do ciclo de KrebsRegulação do ciclo de Krebs

• O controle do ciclo de Krebs é exercido em três pontos, ou seja, três enzimas dentro do ciclo são regulatórias:

1) citrato sintase2) isocitrato desidrogenase3) complexo da α-cetoglutarato

desidrogenase

• Também há um controle de acesso ao ciclo pelo complexo da piruvato desidrogenase (PDH).

Regulação do ciclo de KrebsRegulação do ciclo de Krebs• ATP e NADH são compostos

abundantes quando uma célula tem uma boa quantidade de energia disponível, logo, não é surpreendente que algumas destas enzimas regulatórias sejam INIBIDAS por estas moléculas uma vez que o ciclo de Krebs faz parte de uma via que LIBERA energia.

• Por outro lado, AMP, ADP, NAD+ e CoA, ATIVAM estas enzimas sinalizando que uma célula precisa de energia (oxidação).


• A PDH é INIBIDA por altos níveis de acetil-CoA.

(Quando as gorduras são abundantes e estão sendo degradadas para gerar energia, seu produto é Acetil-CoA e, se a Acetil-CoA for abundante, não há motivo para enviar carboidratos para o ciclo de Krebs → A PDH é inibida e, a Acetil-CoA que é enviada para o ciclo de Krebs vem de outras fontes).


• A PDH, em mamíferos, também é ATIVADA por desfosforilação (junto ao complexo de 3 enzimas e 5 coenzimas existem outras duas enzimas: PDH quinase → fosforila e PDH fosfatase → desfosforila).

• A enzima PDH quinase é ATIVADA por ATP;

• A enzima PDH fosfatase é ATIVADA pelo Ca2+;


• Os íons Ca2+, que nos músculos dos vertebrados são o sinal para contração e o concomitante aumento na demanda por ATP, ATIVAM o ciclo.

Cadeia respiratória – Fosforilação oxidativaCadeia respiratória – Fosforilação oxidativa3º estágio da Respiração Celular:

As únicas moléculas que atravessam a membrana mitocondrial interna são aquelas que o fazem através de TRANSPORTADORES ESPECÍFICOS!

Cadeia respiratória Cadeia respiratória • A cadeia respiratória consiste de uma série de transportadores de elétrons localizados na membrana mitocondrial interna e que atuam sequencialmente objetivando a redução do O2 a H2O com elétrons doados pelo NADH e FADH2. Os elétrons fluem dos catabólitos intermediários ao O2, produzindo energia para a geração do ATP.

Complexos Enzimáticos:I- NADH desidrogenase: transfere elétrons à ubiquinona (NADH → Q).

II- Succinato desidrogenase: transfere elétrons à ubiquinona (succinato → Q).

III- Ubiquinona-citocromo c oxidorredutase: transfere elétrons da ubiquinol ao citocromo c oxidado (QH2 → citocromo c oxidado).

IV- Citocromo oxidase: transfere elétrons do citocromo c reduzido ao O2, reduzindo-o a H2O (citocromo c reduzido → O2).

Ciclo de Krebs

1) Ubiquinona (Coenzima Q, CoQ ou Q): pode receber 1 ou 2 elétrons. É uma molécula pequena e hidrofóbica que se difunde livremente na camada lipídica da membrana.

• Além do NAD+ e do FAD, três outros tipos de moléculas transportadoras de elétrons funcionam na cadeia respiratória:

2) Citocromos (Cyt): participam da transferência de 1 elétron. São proteínas que contém o grupo prostético heme que contém Fe. As mitocôndrias contém 3 classes de citocromos a, b e c;


* O citocromo c é uma proteína solúvel que se associa com a superfície externa da membrana interna da mitocôndria por meio de interações eletrostáticas.

3) Proteínas que contém ferro-enxofre (FeS): participam da transferência de 1 elétron. O Fe está presente não no grupo heme, mas associado a átomos de enxofre (S) inorgânico ou a átomos de S orgânicos (provenientes de cisteína), ou ambos.


• Os complexos I e II catalisam a transferência de elétrons para a ubiquinona (Q) a partir de dois doadores de elétrons diferentes: NADH (complexo I) e succinato (complexo III);

• O ubiquinol (QH2, a forma totalmente reduzida) difunde-se na membrana do complexo I ou II até o Complexo III onde é oxidado a Q;

• O complexo III transporta elétrons da ubiquinona até o citocromo c o qual move-se até o complexo IV;

• O complexo IV completa a sequência transferindo elétrons do citocromo c para o O2 produzindo água.

• Para cada par de elétrons transferidos para o oxigênio a partir de NADH, 4H+ são bombeados da matriz para o espaço intermembranoso pelo complexo I, 4H+ pelo complexo III e 2H+ pelo complexo IV;

→ Os complexos I, III e IV são bombas de prótons (transferência endergônica de H+ contra o gradiente de concentração → utilizam a energia proveniente do fluxo de elétrons).

A transferência de elétrons ao longo da cadeia respiratória é energeticamente favorecida, pois o NADH é um forte doador de

elétrons e o oxigênio é um ávido aceptor de elétrons!

Os pares redox diferem em sua tendência de perder/ganhar elétrons.

Quanto mais POSITIVO for o

potencial de redução-padrão de

um par redox, MAIOR será a

tendência da forma OXIDANTE desse par

ACEITAR elétrons.

• Processo responsável pela síntese de ATP (ADP + Pi) direcionada através da transferência de elétrons ao O2;

• É responsável pela maior parte da síntese de ATP nos organismos aeróbicos;

Fosforilação oxidativaFosforilação oxidativa 1948 - As mitocôndrias são os sítios da

fosforilação oxidativa em eucariotos!

COMO O GRADIENTE DE CONCENTRAÇÃO DE PRÓTONS É TRANSFORMADO EM ATP?

1961 – Modelo quimiosmótico!

Modelo quimiosmóticoModelo quimiosmótico

Potencial químico: pH ÁCIDO

Potencial elétrico: Positivo

O potencial eletroquímico dirige a síntese de ATP.

A hipótese quimiosmótica propõe que, após os prótons terem sido transferidos para o espaço intermembranoso, eles podem reentrar na matriz mitocondrial no sentido do seu gradiente de concentração (movimento a favor) passando através de um canal (Fo) na molécula de ATP sintase (complexo V), acoplando o fluxo de prótons à fosforilação do ADP (ADP + Pi → ATP).

ATP sintase (Complexo FOF1

ou Complexo V)

→ F1: proteína periférica de membrana formada por 9 subunidades 33. Cada uma das subunidades apresenta um sitio catalítico para a síntese de ATP.

→ Fo: proteína integral de membrana que constitui o poro de prótons. Possui três unidades: a, b e c.

• Mecanismo de catálise em que os três sítios ativos de F1 giram catalisando a síntese de ATP;

• Há 3 sítios para o substrato na ATP sintase e 3 possíveis estados conformacionais: 1) aberto (“O”);2) ligação fraca (“L”) com baixa afinidade pelo substrato e que não é cataliticamente ativo;3) ligação forte (“T”) que é cataliticamente ativo.

Catálise ROTACIONAL

• As mudanças conformacionais fundamentais para esse mecanismo são dirigidas pela passagem dos prótons através da porção Fo da ATP sintase;

• Um rotação completa da ATP sintase libera 3 ATPs;

Cadeia respiratória/Fosforilação oxidativa:• A passagem de dois elétrons do NADH para o oxigênio

potencia a formação de 2,5 moléculas de ATP (ou 3);

• A passagem de dois elétrons do FADH2 para o oxigênio potencia a formação de 1,5 moléculas de ATP (ou 2).

Razão P/OO bombeamento de 4 prótons são requeridos

para a síntese de 1 ATP

NADH – bombeia 10 H+

→ 10 ÷ 4 = 2,5 ATPs

FADH2 – bombeia 6 H+

→ 6 ÷ 4 = 1,5 ATPs

(ATP produzido por átomo de oxigênio reduzido)

• O ADP e o Pi são transportados especificamente para o interior da matriz mitocondrial à medida que o ATP recém-sintetizado é transportado para fora.

A transferência de elétrons e a síntese de ATP são OBRIGATORIAMENTE acopladas!

• Esses agentes permitem o fluxo de elétrons e o consumo de substratos e oxigênio, mas não permitem que o ATP seja formado;

* Rotenona: é um composto vegetal comumente usado como inseticida; Inibe Complexo I;

* Cianeto: Inibe Complexo IV;* Oligomicina: Bloqueia ATP sintase.

Inibidores da cadeia respiratória e da fosforilação oxidativa

* Dinitrofenol (DNP): conduz prótons à matriz fora dos canais da ATP sintase, liberando calor;

• Esses agentes inibem o transporte de elétrons bloqueando a síntese de ATP ou o contrário;

Desacopladores da cadeia respiratória e da fosforilação oxidativa

Proteína desacopladora → TERMOGENINANa membrana interna das mitocôndrias do tecido adiposo marrom (grande presença de mitocôndrias) existe a proteína termogenina (proteína desacopladora), que proporciona uma via para os prótons retornarem a matriz sem passar pela ATP sintase → a energia de oxidação não é conservada em ATP mas dissipada em calor, que contribui para manutenção da temperatura corporal.

Maioria dos mamíferos recém-nascidos

Hibernação

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Referências bibliográficas:

• Campbell, M.K.; Farrell, S.O. (2007). Bioquímica. 5ª Edição, Editora Thomson Learning, São Paulo, 845p.

• Champe, P.C.; Harvey, R.A.; Ferrier, D.S. (2009). Bioquímica Ilustrada. 4ª Edição, Editora Artmed, Porto Alegre, 528p.

• Nelson, D.L.; Cox, M.M. (2006). Lehninger: Princípios de Bioquímica. 4ª Edição, Editora Sarvier, São Paulo, 1202p.

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