FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA

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● A fosforilação oxidativa é a culminação de todos os 
processos do metabolismo energético. 
○ Mecanismo que ocorre por meio da cadeia 
respiratória (cadeia transportadora de elétrons) 
● Todos os passos oxidativos na degradação de 
carboidratos, gorduras e aminoácidos convergem para 
esse estágio final da respiração celular, onde a energia 
da oxidação governa a síntese de ATP. 
● A fosforilação oxidativa ocorre nas mitocôndrias. 
● Representa o fim das rotas metabólicas de produção de 
energia em organismos aeróbicos. 
 
MITOCÔNDRIA 
❖ 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 intermembrana 
➢ Cristas membranares 
❖ Matriz mitocondrial 
➢ Local de oxidações 
➢ Ciclo de Krebs 
➢ β-oxidação de lipídeos 
➢ Oxidação de Aminoácidos 
❖ A membrana interna aloja os componentes da cadeia 
respiratória e a ATP-sintase 
➢ Os carreadores que transportam os elétrons do NADH 
e FADH 2 até O2 estão na MMI. 
❖ Centro do metabolismo energético → Alterações sérias: 
consequências neuronais, musculares ou metabólicas. 
❖ Envelhecimento – perda gradual da integridade 
mitocondrial. 
❖ A produção de ATP não é a única função importante da 
mitocôndria; essa organela também age na 
termogênese, síntese de esteróides e apoptose (morte 
celular programada). 
 
 
 
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CADEIA RESPIRATÓRIA OU CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS 
❖ A cadeia respiratória mitocondrial consiste em uma série de carregadores que agem sequencialmente, sendo a 
maioria deles proteínas integrais com grupos prostéticos capazes de aceitar e doar um ou dois elétrons. 
❖ A fosforilação oxidativa começa com a entrada de elétrons na cadeia de carregadores de elétrons, chamada de cadeia 
respiratória. 
➢ Ou seja, é a passagem de elétrons por carregadores ligados à membrana interna. 
❖ É necessária para que possa ocorrer a fosforilação oxidativa: NADH; NADPH, FADH2. 
❖ Todos os elétrons capturados pelo NAD+ ou pelo FAD+ no processo de oxidação de macromoléculas como 
carboidratos, lipídeos e proteínas são levados por essas mesmas moléculas nas formas reduzidas, NADH+ H+ e FADH2, 
para serem transportados com ajuda de outros pares redox na cadeia de transporte de elétrons. 
❖ A maioria das desidrogenases que agem no catabolismo é específica para NAD+ como aceptor de elétrons. 
❖ O NADPH geralmente supre elétrons para reações anabólicas. 
❖ Transferência de elétrons: 
➢ Transferência de um íon hidreto (:H-) que tem dois elétrons. 
➢ Transferência direta de elétrons (Fe3+ → Fe2+ complexo II) 
➢ Transferência na forma de um átomo de hidrogênio (H+, e-).
 
❖ Ubiquinona e citocromo são moléculas carreadoras de elétrons. 
➢ Ubiquinona = coenzima Q/ Q10 
■ É pequena e hidrofóbica. 
■ É livremente difusível dentro da bicamada lipídica da membrana mitocondrial interna 
➢ Citocromos 
■ São proteínas com absorção caracteristicamente forte de luz visível, devido aos seus grupos prostéticos heme 
contendo ferro. 
● Os citocromos dos tipos a e b e alguns do tipo c são proteínas integrais da membrana mitocondrial interna. 
■ As mitocôndrias têm três classes de citocromos designados a, b e c, distinguidos por diferenças em seus espectros 
de absorção de luz. 
■ Citocromo C: 
● Exceção marcante. É uma proteína solúvel que se associa com a superfície externa da membrana interna por 
meio de interações eletrostáticas. 
 
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QUATRO COMPLEXOS CARREADORES: CATALISAR 
A TRANSFERÊNCIA DE ELÉTRONS: 
❖ Complexo I e II – catalisam a transferência de elétrons 
para a ubiquinona; 
➢ Recebem elétrons, bombeiam prótons e transferem 
elétrons para a ubiquinona. 
COMPLEXO I (NADH-DESIDROGENASE) 
■ É uma enzima grande. 
■ Bombeia prótons para o espaço intermembranar 
utilizando a energia da transferência de elétrons. 
■ Recebe elétrons do NADH 
■ Transferem elétrons para a ubiquinona. 
COMPLEXO II (SUCCINATO-DESIDROGENASE) 
■ Único que recebe elétrons do FADH2 (succinato-
fumarato) 
■ Não bombeia prótons → fica disponível na matriz até 
ser bombeado entre as membranas. 
■ Transferem elétrons para a ubiquinona. 
COMPLEXO III (UBIQUINONA → CITOCROMO C-
OXIDORREDUTASE) 
■ Recebe elétron da ubiquinona para o citocromo c; 
■ Vai para ele porque o citocromo c é uma proteína 
solúvel do espaço intermembrana. 
 
 
 
COMPLEXO IV (CITOCROMO-OXIDASE; CITOCROMO C 
→ O2) 
■ Recebe elétron do citocromo c para o O2. 
■ O O2 fica disponível na matriz se juntando com 2 
hidrogênios (2 prótons) formando água. 
 
 
❖ Complexos I, III e IV – bombeamento de prótons. 
 
 
 
 
 
 
 
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A ENERGIA DA TRANSFERÊNCIA DE ELÉTRONS É EFICAZMENTE CONSERVADA EM UM GRADIENTE 
DE PRÓTONS 
● A transferência de dois elétrons do NADH, por meio da cadeia respiratória, para o oxigênio molecular pode ser 
escrita como: 
 
● Esta reação resultante é altamente exergônica. 
● A maior parte dessa energia é usada para bombear prótons para fora da matriz. 
● Para cada par de elétrons transferido para o O2: 
○ 4 prótons são bombeados para fora pelo complexo I; 
○ 4 prótons são bombeados para fora pelo complexo III; 
○ 2 prótons são bombeados para fora pelo plexo IV. 
 
 
SÍNTESE DE ATP 
➢ Teoria Quimiosmótica – diferença na concentração de prótons no espaço intermembrana leva a síntese de ATP para 
reserva de energia. 
○ Diferença na concentração de prótons 
○ Separação de carga pela membrana interna 
○ Prótons volta passivamente para a matriz pela ATP-sintase 
➢ Transferência de H+ – libera energia 
➢ Força próton-motriz – conserva energia 
➢ O transporte de elétrons é favorecido pela força protomotriz proveniente do transporte de íons H+ da matriz para o 
espaço intermembrana, pelos complexos I, III e IV, invertendo assim, a diferença de gradiente de pH inicial onde a matriz 
se encontrava mais rica em H+. 
○ O complexo 2 não faz parte desse transporte por não atravessar totalmente a membrana, encontrando-se deslocado 
para a matriz. 
➢ A necessidade do equilíbrio de íons H+ entre a matriz mitocondrial e o espaço intermembranas redireciona a passagem do 
H+ para a matriz através da proteína ATP sintase o que induz à fosforilação do ADP pelo Pi dando o ATP. 
 
RESUMINDO: 
➢ Ocorre uma diferença de potencial elétrico no espaço intermembranar e a matriz → o próton no espaço intermembranar 
tem tendência de entrar na matriz para equalizar. 
➢ Mas esse próton não passa pela bicamada pq tem carga → só passa pela ATP sintase. 
 
 
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➢ ATP sintase: 
○ Enzima complexa. 
○ Essencial para que a fosforilação oxidativa ocorra. 
○ Intramembranar. 
○ Ela se move rotacionando favorecendo que os sítios que ficam na matriz possam fazer a formação do ATP. 
○ A força motriz de giro favorece a formação de um ADP + Pi → ATP 
○ O próton (H+) faz a força motriz. 
 
 
 
LANÇADEIRA MALATO-ASPARTATO 
 
● Considerando que a membrana interna não é permeável a NADH, como o NADH que foi produzido na glicólise no citosol 
pode ser reoxidado a NAD+ pelo O2 ao longo da cadeia respiratória? 
● A lançadeira de NADH mais conhecida, que funciona em mitocôndrias de fígado, rim e coração, é a lançadeira do malato-
aspartato. 
● Objetivo: levar o NADH do espaço intermembranas à matriz membranar para que ele possa doar elétron ao complexo I. 
● Oxaloacetato → malato: consegue ir p matriz mitocondrial → Malato desidrogenase que retira o elétron que ele recebeu 
quando era oxalacetato 
● Oxaloacetato → alfa cetoglutarato → Aspartato aminotransferase → aspartato 
 
OBS: 
 O músculo esquelético e o encéfalo usam uma lançadeira de NADH diferente, a lançadeira do glicerol-3-fosfato. 
 Ela difere da lançadeira do malato-aspartato por entregar os equivalentes redutores do NADH para a ubiquinona e, então, 
para o complexo III, não para o complexo I. 
 
 
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REGULAÇÃO DA FOSFORILAÇÃOOXIDATIVA 
 
● A fosforilação oxidativa produz a maior parte do ATP fabricado em células aeróbias. 
● A oxidação completa de uma molécula de glicose a CO2 produz 30 ou 32 ATP. 
● Portanto, as vias oxidativas aeróbias que resultam na transferência de elétrons ao O2 acompanhada da fosforilação 
oxidativa são responsáveis pela grande maioria do ATP produzido no catabolismo, de forma que é absolutamente 
essencial a regulação da produção de ATP pela fosforilação oxidativa, para se ajustar às necessidades celulares flutuantes 
da demanda por ATP. 
● A fosforilação oxidativa é regulada pelas demandas energéticas celulares: 
○ ATP 
■ As concentrações de ATP e ADP estabelecem a velocidade de transporte de elétrons pela cadeia respiratória, por uma 
série de controles interconectados sobre a respiração, a glicólise e o ciclo do ácido cítrico. 
○ Oxigênio 
■ Em células hipóxicas (desprovidas de oxigênio), um inibidor proteico bloqueia a hidrólise de ATP pela atividade reversa 
da ATP-sintase, impedindo uma queda drástica na [ATP]. 
○ NADH e NAD+ 
 
 
 
 
 
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MITOCÔNDRIA NA TERMOGÊNESE 
 Embora a produção de ATP seja o papel central da mitocôndria, esta organela tem outras funções que, em tecidos 
específicos ou sob condições específicas, também são essenciais. 
● No tecido adiposo, as mitocôndrias geram calor para proteger órgãos vitais da baixa temperatura do ambiente. 
○ Tecido adiposo marrom: 
■ A oxidação de combustível serve não para produzir ATP, mas para gerar calor para manter o recém-nascido aquecido. 
■ Esse tecido adiposo especializado é marrom devido à presença de um grande número de mitocôndrias e, portanto, de 
uma alta concentração de citocromos, com grupos heme que são fortes absorvedores de luz visível. 
● Nas glândulas suprarrenais e nas gônadas, as mitocôndrias são o local de síntese de hormônios esteroides, sendo, na 
maioria dos tecidos, participantes-chave na apoptose (morte celular programada). 
○ As mitocôndrias são o sítio das reações biossintéticas que produzem os hormônios esteroides, incluindo os hormônios 
sexuais, os glicocorticoides, os mineralocorticoides e o hormônio vitamina D. 
○ Esses compostos são sintetizados a partir do colesterol ou de um esterol relacionado, em uma série de hidroxilações 
catalisadas por enzimas da família citocromo P-450. 
 
 
O PAPEL DA MITOCÔNDRIA NA APOPTOSE 
● Apoptose – morte celular programada 
● Célula conserva componentes (aminoácidos, nucleotídeos,...) 
● Desencadeamento: Sinal externo, lesão no DNA, infecção viral, estresse oxidativo, choque térmico. 
● As mitocôndrias desempenham um papel fundamental em desencadear a apoptose. 
○ Quando um estressor fornece o sinal para a morte da célula, a consequência inicial é um aumento na permeabilidade da 
membrana mitocondrial externa, permitindo que o citocromo c escape do espaço intermembrana para o citosol. 
○ O citocromo c mitocondrial liberado no citosol participa da ativação da caspase-9, uma das proteases envolvidas na 
apoptose. 
 
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GENES MITOCONDRIAIS E MUTAÇÕES 
● DNA fita dupla e circular 
● Cada mitocôndria tem 5 cópias (centenas ou milhares de mitocôndrias) 
● Possui 37 genes 
○ 13 genes relacionado a Cadeia Respiratória 
● 1.100 proteínas mitocondriais – genes nucleares 
● Sistema de replicação e reparo do DNAmt é menos eficiente que onuclear 
● Teoria do envelhecimento: acúmulo de gradual de mutações no DNAmt 
○ Enfraquecimento progressivo dos músculos esqueléticos e cardíacos 
 
DNA MITOCONDRIAL 
 LHON – neuropatia óptica hereditária de Leber. 
 MERRF – epilepsia mioclônica e fibra vermelha rota. 
 
PARAGANGLIOMA HEREDITÁRIO 
● Tumores benignos da cabeça e pescoço 
● Mutações no Complexo II: 
○ Sítio heme b 
○ Sítio de ligação da ubiquinona 
● Comprometimento no Complexo II 
○ Aumenta EROs (espécies reativas de oxigênio) maior dano oxidativo ao tecido durante a oxidação do succinato.