FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA

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Fosforilação Oxidativa 
 Quando ocorre a fosforilação oxidativa há a 
oxidação de nutrientes do alimento que, como 
consequência, libera energia química que 
posteriormente é produzida no transporte de 
elétrons na cadeia respiratória. Com a fosforilação 
oxidativa, as células ganham um reservatório de 
energia para as atividades metabólicas. 
 O oxigênio é um elemento muito importante para 
a F.O. pois contribui para a oxidação das 
moléculas, formando novas moléculas de 
adenosina trifosfato (ATP) e produzindo energia 
 Fosforilação: transferência de fosfato para o ADP, 
formando ATP. 
 É oxidativa porque esta fosforilação só ocorre se 
há oxidação das coenzimas reduzidas, que ao 
transferirem os elétrons na Cadeia 
Transportadora de Elétrons, voltarão à sua forma 
oxidada (NADH  NAD+; FADH2  FAD). E estas 
coenzimas oxidadas poderão novamente receber 
os elétrons oriundos da oxidação dos nutrientes 
 
 Fim das rotas metabólicas de produção de energia 
em organismos aeróbicos 
 Representa o estágio 3 do processo 
 Acoplamento da oxidação de NADH e FADH2 e 
síntese de ATP 
 É o principal sítio de produção de ATP 
 Envolve o consumo de O2 e formação de H20 
 
Teoria Quimiosmótica 
 Fluxo de elétrons por carreadores criam um 
gradiente de concentração de prótons na 
membrana mitocondrial 
 A quebra deste gradiente está acoplada com a 
síntese de ATP 
 As diferenças na concentração transmembrana de 
prótons são os reservatórios para a energia 
extraída das reações de oxidação biológicas 
 
Fosforilação Oxidativa: 
 LOCAL: Mitocôndria - Organela de 
eucariotos; Possui duas membranas: 
 Membrana Mitocondrial externa (MME): 
 Permeável a pequenas moléculas 
 Membrana Mitocondrial interna (MMI): 
 Impermeável a maioria das 
moléculas, Inclusive H + 
 Necessidade de transportadores de 
membrana 
 Espaço intermembranal: 
https://www.educamaisbrasil.com.br/enem/quimica/oxigenio
 Cristas membranais 
 Matriz mitocondrial: 
 Local de oxidações 
 Ciclo de Krebs 
 β-oxidação de lipídeos 
 Oxidação de Aminoácidos 
 
 
Membrana Mitocondrial interna: 
 -~ 75% de proteínas: mais rica em proteínas do 
que a MME 
 É permeável a O2, CO2 e H2O 
 Contém proteínas de transporte que controlam a 
passagem de metabólitos, como ATP, ADP, o 
piruvato, o Ca2+ e o fosfato 
 A impermeabilidade da MMI para a maioria dos 
íons e metabólitos permite a formação de um 
gradiente de íons através dessa barreira 
 Resulta na compartimentalização das funções 
metabólicas entre o citosol e a mitocôndria 
 A MMI contém proteínas que acoplam processos: 
 Fluxo de elétrons (favorável) com o fluxo de 
prótons (desfavorável) 
 Fluxo de prótons (favorável) a fosforilação 
oxidativa (desfavorável) 
 Os elétrons passam por uma série de carreadores 
Cadeia Transportadora de Elétrons 
/ Cadeia Respiratória: 
 Os carreadores que transportam os elétrons do 
NADH e FADH2 até O2 estão na MMI 
 A oxidação de NADH e FADH2 é promovida 
pela cadeia de transporte de elétrons 
 Alguns desses centros redox são móveis ou 
proteínas integrais de membrana 
 Dependem dos grupos protéticos associados 
 A sequência de carreadores de elétrons reflete 
seus potenciais de redução relativos 
 O processo é exergônico 
 
 
Carreadores de e’: 
 NAD(P)H: São carreadores de elétrons solúveis em 
água, que se associam reversivelmente a 
desidrogenases 
 
 NADH: Carreador de elétrons das vias catabólicas 
até a porta de entrada na CTE 
 NADPH: Geralmente supre elétrons para reações 
anabólicas 
 
 Flavoproteínas: 
 Contêm um nucleotídeo de flavina (FMN ou 
FAD) → parte do sítio ativo da flavoproteína 
 Pode aceitar 1 elétron → semiquinona ou 2 
elétrons → FADH2 FMNH2 
 A forma oxidada (FMN) reage com um próton 
e um elétron, convertendo-se na forma 
semiquinona (FMNH●); a incorporação de 
mais um próton e um elétron resulta na forma 
totalmente reduzida (FMNH2) 
 Podem participar da transferência de 1 ou 2 e- 
→ intermediários entre reações onde 2e- são 
doados (desidrogenações) e onde 1 e- é 
doado (redução de uma quinona a 
hidroquinona) 
 Carreadores não podem atravessar a MMI, mas os 
equivalentes redutores podem ser lançados 
através da membrana indiretamente 
 Equivalentes redutores: Termo geral para um 
elétron ou equivalente de elétron na forma de um 
átomo de hidrogênio ou de um íon hidreto 
 
 Coenzima Ubiquinona (Q): 
 Pequena e Lipossolúvel 
 Quinona: composto benzênico com duas 
funções cetona 
 Constituída de unidades isoprenóides (cada 
uma com 5C) 
 A coenzima Q10 é a mais comum em 
mamíferos (10 unidades de isopreno) 
 Se difunde livremente no espaço 
intermembranas 
 Capaz de fazer a junção entre o doador de 2e- 
e um aceptor de 1e- (como as flavoproteínas) 
 Carrega tanto elétrons como prótons 
 Acopla fluxo de e- com o movimento de 
prótons 
 
 Proteínas com centro de Ferro-Enxofre: 
 Estrutura variável simples a complexas 
 O íon Fe sofre reações de óxido-redução 
 Os átomos de ferro estão ligados a átomos de 
enxofre inorgânico ou com átomos de enxofre 
em resíduos de cisteína ou com ambos 
 Podem ter de 1 a 4 átomos de ferro 
 Proteínas ferro-enxofre de Rieske 1 Fe está 
associado com dois resíduos de His ao invés 
de Cys 
 Citocromos a, b e c: 
 Seus grupos prostéticos – grupos Heme 
 Citocromo c: solúvel no espaço 
intermembrana 
 Podem interagir com a MMI 
 
 O fluxo de elétrons pelos carreadores vai daquele 
com menor potencial para o maior potencial 
 
Complexos de carreadores de 
elétrons na MMI: 
 Os transportadores de elétrons da cadeia 
respiratória estão organizados em complexos 
supramoleculares embebidos na membrana que 
podem ser fisicamente separados 
 Os complexos I e II catalisam a transferência de 
elétrons para a ubiquinona a partir de dois 
doadores de elétrons diferentes: o NADH 
(complexo I) e o succinato (complexo II) 
 O complexo III transporta elétrons da ubiquinona 
até o citocromo c, e o complexo IV completa a 
sequência transferindo elétrons do citocromo c 
para o O2, o aceptor final de elétrons 
 Complexo I: 
 É do NADH para formar Ubiquinol 
 NADH:Ubiquinona-oxidoreductase ou NADH-
desidrogenase 
 Complexo II: 
 É do FADH2 para formar Ubiquinol 
 Succinato-desidrogenase 
 Complexo III: 
 É do Ubiquinol para o Citocromo c 
 Ubiquinona:Citocromo c-oxidoreductase 
 Complexo IV: 
 É do Citocromo c para o O2 
 Citocromo c-oxidase 
Complexo I: 
 NADH:UBIQUINONA-OXIDOREDUTASE OU NADH-
DESIDOGENASE 
 Grupos prostéticos: FMN e Fe-S 
 Porta de entrada dos e’ do NADH produzidos 
dentro da mitocôndria 
 O Complexo catalisa 2 processos simultâneos e 
acoplados 
 
Complexo II: 
 SUCCINATO-DESIDOGENASE 
 Porta de entrada dos e’ do FADH2 produzidos no 
ciclo do ácido cítrico 
 Canaliza diretamente os e’ do succinato para a 
cadeia transportadora de e’ 
 FADH2 + Q = FAD + QH2 (Exergônico) 
 Sem transferência de H+ para o espaço 
intermembrana 
 QH2: Porta de entrada de parte dos e’ do NADH 
produzidos no citoplasma 
 Porta de entrada de e’ de outras vias oxidativas - 
β-oxidação de ácidos graxos 
 
Complexo III: 
 UBIQUINONA: CITOCROMO C-OXIDOREDUTASE 
 Canaliza os 2 e’ do Ubiquinol (QH2) para o 
Citocromo C com a transferência de H+ da matriz 
mitocondrial para o espaço intermembrana 
 Possui duas unidades de Citocromo b enterrados 
em 1 fenda na membrana 
 
 
Complexo IV: 
 CITOCROMO OXIDASE 
 Os e’ do Citocromo c são entregues ao O2 
 
 
Respirossomo: 
 Canalização de substratos na membrana 
mitocondrial interna 
 Dados cinéticos e estruturais indicam a associam 
dos complexos da CTE na MMI 
 Complexo III pode ser extraído juntamente com o 
Complexo I ou complexo IV 
 
Força Proton Motriz: 
 Na quimiosmose, um gradiente de concentração 
de prótonse um potencial elétroco (gradiente de 
voltagem) através da membrana, denominados 
coletivamente de força próton-motriz, guiam um 
processo que demanda energia, como a síntese de 
ATP 
 A força próton-motriz é gerada pelo movimento 
gradual de elétrons de estados de energia mais 
altos para mais baixos através dos carreadores de 
elétrons ligados à membrana 
 A energia eletroquímica inerente da diferença na 
concentração de prótons e da separação de 
cargas através da membrana mitocondrial interna, 
a força próton-motriz, dirige a síntese de ATP à 
medida que os prótons fluem passivamente de 
volta para a matriz através de um poro de prótons 
associado à ATP sintase, também chamado de 
complexo V 
 Toda a transferência de elétrons gerando a força 
próton-motriz e a produção de ATP estão 
acopladas, ou seja, inibidores da transferência de 
elétrons, como a rotenona (inibidor do complexo 
I) ou o cianeto (inibidor do complexo IV) impedem 
a produção de ATP, assim como inibidores da ATP 
sintase impedem o transporte de elétrons 
 Entretanto, no tecido adiposo marrom, presente 
em mamíferos recém-nascidos, a oxidação dos 
combustíveis ao invés de produzir ATP serve para 
gerar calor, uma vez que possuem uma proteína 
de membrana chamada termogenina, que 
desacopla as reações 
Sistemas de Transporte Mitocondrial: 
 Transporte seletivo de elétrons produzidos no 
citoplasma para a mitocôndria 
 O NADH produzido no citosol pela glicólise deve 
ter acesso à cadeia transportadora de elétrons 
para a oxidação aeróbica  Fígado, rim e coração 
 Não há uma proteína transportadora de NADH na 
MMI 
 Somente os elétrons do NADH citosólico são 
transportados para a mitocôndria por um dos 
vários sistemas de transporte 
 LANÇADEIRA DE MALATOASPARTATO 
 LANÇADEIRA DE GLICEROL-3-P: 
 Músculo esquelético e encéfalo 
 A glicerol-3-fosfato desidrogenase catalisa a 
oxidação do NADH citosólico pela DHAP para 
produzir NAD+, o qual retorna à glicólise 
 Os elétrons do glicerol-3-fosfato são 
transferidos para a Flavoproteína-
desidrogenase da MMI, formando FADH2 
 O FADH2 fornece elétrons diretamente para 
Cadeia Transportadora de Elétrons 
 QH2 
 TRANSLOCADOR DE ATP/ADP-PI 
 A maior parte do ATP gerado na matriz 
mitocondrial pela fosforilação oxidativa é 
utilizado no citosol 
 A MMI contém um translocador de ADP-ATP (ou 
adenina-nucleotídeo translocase) 
 Transporta o ATP para fora da matriz mitocondrial 
acoplado à importação de ADP e Pi produzidos no 
citoplasma a partir de ATP 
 Sistema antiporte 
 Mantém balanço eletrolítico pelo gasto de energia 
quimiosmótica 
 
Inibidores: 
 Inibidores da cadeia respiratória: 
 
 Os inibidores que paralisam a respiração pelo 
bloqueio da cadeia respiratória atuam em três 
locais 
 O primeiro é o inibido pelos barbituratos tal 
como o amobarbital, pelo 
antibiótico piericidina A e pelo inseticida e 
veneno de peixes rotenona 
 Esses inibidores impedem a oxidação de 
substratos que se comunicam diretamente 
com a cadeia respiratória, via uma 
desidrogenase dependente de NAD, por 
bloquear a transferência de elétrons do FeS 
até a CoQ 
 Atuam portanto no complexo I da cadeia 
transportadora de elétrons 
 A 2-Tenoiltrofluoroacetona e carboxina e seus 
derivados bloqueiam especificamente o complexo 
II, a redutase do succinato-UQ. 
 O malonato é um inibidor competitivo da redutase 
do succinato-UQ. Essas drogas impedem a 
oxidação do FADH2. 
 A antimicina e o Dimercaprol inibem a cadeia 
respiratória impedindo o fluxo de elétrons entre os 
citocromos “b” e “c”. 
 A Antimicina é um antibiótico produzido pelo 
fungo Streptomyces griseus, e inibe 
especificamente a enzima redutase do UQ-
citocromo c, impedindo o conseqüente fluxo de 
elétrons. 
 O complexo IV, oxidase do citocromo c é 
especificamente inibida pelo cianeto, azida e 
monóxido de carbono 
 Cianeto e azida ligam-se fracamente à forma férrica 
do citocromo a3, enquanto monóxido de carbono 
liga-se apenas à forma ferrosa. As ações inibidoras 
do cianeto e da azida neste sítio são muito 
potentes, enquanto a principal toxicidade do 
monóxido de carbono reside na sua afinidade pelo 
ferro da hemoglobina 
 Sabendo-se que os animais carregam muitas 
moléculas de hemoglobina, eles precisam inalar 
uma quantidade muito grande de monóxido de 
carbono para morrer. 
 Estes mesmos organismos, contudo, possuem 
comparativamente poucas moléculas de citocromo 
a3. Consequentemente, uma exposição limitada ao 
cianeto pode ser letal. Essa ação repentina do 
cianeto atesta para uma constante e imediata 
necessidade do organismo pela energia suprida 
pelo transporte de elétrons 
 Inibidores da síntese de ATP: 
 Atuam diretamente sobre a partícula FoF1 e sua 
correspondente ATP sintase 
 O diciclohexilcarbodimida (DCCD) liga-se 
covalentemente aos grupos carboxila em domínios 
hidrofóbicos de proteínas em geral, e a um resíduo 
de ácido glutâmico da subunidade c do Fo, o 
polipeptídeo que forma o canal de prótons da ATP 
sintase, em particular. Se a subunidade c é 
marcada com DCCD, o fluxo de prótons é 
bloqueado e a atividade da ATP sintase é inibida. 
 Semelhantemente ao DCCD, a oligomicina age 
diretamente na ATP sintase. Pela ligação à uma 
subunidade de Fo e dessa forma a oligomicina 
também bloqueia o movimento de prótons através 
desse canal 
 O atractilosídeo também inibe a síntese de ATP 
mas diferentemente. A fosforilação oxidativa 
depende do transporte de nucleotídeos da adenina 
através da membrana mitocondrial interna, através 
de uma nucleotídeo translocase 
 Admite-se que o atractilosídeo seja capaz de inibir 
especificamente esse translocador de ADP para 
dentro da mitocôndria e do ATP para fora desta 
organela, através de um transporte acoplado 
 Desacopladores da fosforilação oxidativa: 
 Classe de reagentes que afetam a síntese de ATP, 
mas de uma maneira que não envolve ligação 
direta a nenhuma das proteínas da cadeia 
transportadora de elétrons ou mesmo à partícula 
FoF1-ATP sintase 
 Eles corrompem o fino acoplamento que existe 
entre o transporte de elétrons e a ATP sintase. 
Esses desacopladores agem pela dissipação do 
gradiente de prótons através da membrana 
mitocondrial interna, criado pelo sistema de 
transporte de elétrons 
 Exemplos típicos desse tipo de substância incluem 
o 2,4-dinitrofenol, dicumarol e o fluorocarbonil-
cianeto fenilhidrazona ou FCCP 
 Têm caráter hidrofóbico e próton dissociável. 
 Como desacopladores, funcionam como 
carregadores de prótons através da membrana 
interna. Sua tendência é adquirir prótons na 
superfície citoplasmática da membrana, ou 
espaço intermembrana, onde a concentração de 
prótons é grande e carregam os prótons para o 
lado da matriz, destruindo o gradiente de prótons 
que acopla o transporte de elétrons e a ATP 
sintase. 
 Na mitocondria tratada com desacopladores, o 
transporte de elétrons continua, e os prótons são 
levados para fora da membrana interna. Contudo, 
eles retornam para dentro tão rapidamente via 
desacopladores que a síntese de ATP não ocorre. 
Consequentemente, a energia liberada no 
transporte de elétrons é dissipada como calor 
 Certos animais adaptados ao frio geram grande 
quantidade de calor pelo desacoplamento da 
fosforilação oxidativa. Seu tecido adiposo contém 
tanta mitocôndria que é chamado tecido adiposo 
marrom pela cor conferida. A membrana interna 
dessas mitocôndrias contém uma proteína 
endógena chamada termogenina, ou proteína 
desacopladora, que cria um canal passivo de 
prótons pelo qual os prótons fluem do citosol para 
matriz, gerando grande quantidade de calor 
 Passo a Passo: 
A cadeia transportadora de elétrons é uma série de 
proteínas e moléculas orgânicas encontradas na 
membrana interna da mitocôndria. Os elétrons são 
passados de um componente da cadeia 
transportadora para outro em uma série de reações 
redox. A energia liberada nestas reações é capturada 
na formade um gradiente de prótons, o qual é usado 
para produzir ATP em um processo 
chamado quimiosmose. Juntas, a cadeia 
transportadora de elétrons e a quimiosmose formam 
a fosforilação oxidativa. As principais etapas desse 
processo incluem: 
1ª Etapa: Entrega de elétrons por NADH e 
FADH2: 
 Os carreadores reduzidos (NADH e FADH2) 
das outras etapas da respiração celular 
transferem seus elétrons para moléculas 
próximas ao início da cadeia de transporte. No 
processo, eles voltam a ser NAD e FAD, que 
podem ser reutilizados em outras etapas da 
respiração celular 
2ª Etapa: Transferência de elétrons e 
bombeamento de prótons 
 Conforme os elétrons passam pela cadeia, 
eles se movem de um nível de energia mais 
alta para um de mais baixa, liberando energia. 
Parte dessa energia é usada para bombear 
íons H+, tirando-os da matriz celular e 
jogando-os no espaço intermembranar. Esse 
bombeamento estabelece um gradiente 
eletroquímico 
3ª Etapa: Divisão do oxigênio, formando 
água 
 No final da cadeia de transporte de elétrons, 
os elétrons são transferidos para a molécula 
de oxigênio, que é se divide ao meio e se 
junta ao H+, formando água 
4ª Etapa: Síntese de ATP causada pelo 
gradiente 
 Conforme os íons H+ fluem a favor do 
gradiente para a matriz, eles passam pela 
enzima ATP sintase, que aproveita o fluxo de 
prótons para sintetizar ATP 
Resumindo: 
 O NADH é um bom doador de elétrons em 
reações redox (ou seja, seus elétrons estão 
em um alto nível de energia), portanto ele 
pode transferir seus elétrons diretamente 
para o complexo I, voltando a ser NAD+. 
Conforme os elétrons percorrem o complexo I 
em uma série de reações redox, energia é 
liberada e o complexo usa essa energia para 
bombear prótons da matriz para o espaço 
intermembranar. 
 O FADH2 não é tão bom doador de elétrons 
quanto o NADH, então não pode transferir 
seus elétrons para o complexo I. Em vez disso, 
os leva pela cadeia de transporte até o 
complexo II, que não bombeia prótons através 
da membrana 
 Por causa desse "atalho", cada molécula de 
FADH2 faz com que menos prótons sejam 
bombeados (e contribui menos ao gradiente 
de próton) do que cada molécula de NADH 
 Para cada NADH, serão produzidos 2,5 ATPS. 
Para cada FADH2, serão produzidos 1,5 ATPS. 
 
Explicação: Na glicólise há a produção de 2 NADH, 
no C. K., 8... Cada NADH origina 2,5 ATP, então... 
 Há o custo da produção de ATP pelo Ciclo de 
Krebs (- 2 H+) e da entrada dos 2 NADH 
produzidos pela glicólise no citosol (- 2H+), 
dando saldo de 31 ATPs 
 Tanto o complexo I quanto o complexo II 
passam seus elétrons para um pequeno e ágil 
carreador de elétrons ubiquinona (Q), que é 
reduzido para formar QH2 e atravessa a 
membrana entregando os elétrons ao 
complexo III 
 Conforme os elétrons percorrem o complexo 
III, mais íons H+ são bombeados através da 
membrana, e os elétrons são finalmente 
entregues a outro ágil carreador citocromo C. 
O cit C carrega os elétrons até o complexo IV, 
onde um último grupo de íons H+ é 
bombeado através da membrana 
 O complexo IV passa os elétrons para o O2, 
que se divide em 2 átomos de oxigênio que 
aceitam prótons da matriz, formando água. 
 São necessários quatro elétrons para reduzir 
cada molécula de O2, e 2 moléculas de água 
são formadas no processo 
 À medida que os elétrons se movem para 
níveis de energia mais baixos, os complexos 
capturam a energia liberada e a utilizam para 
bombear íons H+ da matriz para o espaço 
intermembranar. Este bombeamento forma 
um gradiente eletroquímico através da 
membrana mitocondrial interna, chamado 
de força próton-motiva e pode-se considerá-
lo como uma forma de energia armazenada, 
semelhante a uma bateria 
 Prótons não podem atravessar diretamente a 
bicamada fosfolipídica da membrana, pois o 
interior desta é hidrofóbico. Os H+ podem se 
mover a favor de seu gradiente de 
concentração só com auxílio de proteínas de 
canal que formam túneis hidrofílicos através 
da membrana 
 Na membrana mitocondrial interna, íons H+ 
têm apenas 1 canal disponível: proteína 
transmembranar conhecida como ATP sintase. 
 ATP sintase se assemelha a uma turbina de 
usina hidroelétrica. Ao invés de ser acionada 
pela água, ela é acionada pelo fluxo de íons 
H+ movendo-se a favor de seu gradiente 
eletroquímico 
 À medida que a ATP sintase transforma a 
energia, ela catalisa a adição de um fosfato ao 
ADP, capturando a energia do gradiente de 
prótons na forma de ATP 
 Chama-se este processo de quimiosmose. 
Embora ela seja responsável por mais de 80% 
do ATP produzido durante a quebra da glicose 
na respiração celular, ela não é exclusiva da 
respiração celular 
 Alguns tipos de células usam o gradiente de 
próton especificamente para gerar calor em 
vez de na síntese de ATP 
 Mamíferos que hibernam têm células 
especializadas (células adiposas marrons). 
Proteínas de desacoplamento são produzidas 
e inseridas na membrana mitocondrial 
interna. Estas proteínas são canais que 
permitem que os prótons passem do espaço 
intermembranar para a matriz sem passar 
pela ATP sintase. Ao criar uma rota alternativa 
para prótons voltarem para a matriz, as 
proteínas de desacoplamento permitem que a 
energia do gradiente seja dissipada na forma 
de calor.