Bioquimica 5 Prof. Alex Havt

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CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS E FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
Prof. Alexandre Havt
24.02.2011
“O transporte de elétrons na membrana mitocondrial gera força próton-motriz para a síntese de ATP.”
ATP é energia.
• Quimiotróficos: obtenção de energia por oxidação de compostos do meio
- Quimiolitotróficos (comp. Inorgânicos)
- Quimiorganotróficos (comp. Orgânicos)
• Nutrientes oxidados:
- Perda de protons (H+) e elétrons (e-)
- Átomos de carbono convertidos em CO2
- Coenzimas reduzidas
- Redução de oxigênio em H2O
Fontes de ATP
• Metabolismo anaeróbio de nutrientes
- Aláctico
+ Fosfocreatina quinase-ATP
- Láctico
+ Glicose – Piruvato – Lactato
• Metabolismo aeróbio de nutrientes
- Ciclo do ácido cítrico
- Cadeia transportadora de elétrons
- Fosforilação oxidativa
Metabolismo aeróbio
• Mitocôndria
- Membrana dupla
+ Externa: superfície lisa
+ Espaço intermembranar
+ Interna – cristas: enzimas de oxidação, matriz, DNA mitocondrial, ribossomos
- Absorção de bactérias aeróbias - Teoria Endossimbiótica
Oxidação de Coenzimas
• Energia conservada nas coenzimas reduzidas
- Oxidação
– Se a transferencia de elétrons das coenzimas reduzidas fosse feita diretamente para o O2 toda a 
energia seria liberada na forma de calor.
– Estratégia celular para síntese de ATP: energia da transferencia de elétrons para gerar gradiente 
de prótons. O resultado do ciclo de Krebs são coenzimas reduzidas que serão utilizadas na CTE.
Cadeia Transportadora de Elétrons
– Ocorre na membrana interna da mitocôndria
– Quatro complexos enzimáticos: 
I – NADS-CoQ redutase (FMN/centros Fe-S). Formado por 34 subunidades polipeptídicas 
ou mais. Grupos prostéticos: FMN (capaz de receber 2 prótons e 2 elétrons, reduzido a 
forma FMNH2 por NADH), 6 ou 7 centros Fe-S (capazes de transportar elétrons, vai de Fe+3 
a Fe+2; não transportam prótons). Chega o NADH proveniente do centro de Krebs, que é 
oxidado e entrega os elétrons pro FMN, que fica reduzido a FMNH2. Esses elétrons 
deveriam passar de grupo prostético a grupo prostético, com capacidade de redução 
sequencialmente menor que seu antecedente. O próton não pode ser transportado, e então 
vai pro espaço intermembranar, e o gradiente de prótons começa a ser formado – essa é a 
grande função dessa cadeia, transportar os prótons da matriz para o espaço intermembranar, 
que fica cada vez mais positivo.
II – Succinato-CoQ redutase (FAD/Centros Fe-S/Citocromo b). Succinado desidrogenase 
(enzima da membrana interna mitocondrial, do ciclo do ácido cítrico, oxida succinato a 
fumarato. Há a redução de FAD (grupo prostético) a FADH2, ou seja, há o transporte de 2 
prótons e 2 elétrons; centros Fe-S e citocromo b560 responsáveis pelo transporte de elétrons – 
os prótons não são bombeados para o espaço intermembranar, e ão há contribuição para a 
formação de gradiente de prótons. Quando a Coenzima Q recebe os elétrons, ela recebe os 
prótons da matriz – toda vez que é reduzida, recebe prótons. Único dos 4 complexos que 
não manda prótons pro espaço intermembranar. Sua única função é transportar elétrons. Um 
dos motivos que se acha é devido à energia livre, que não é suficiente. Outra hipótese é que, 
como ele é pequeno, ele não atravessa a membrana como um todo, não podendo portanto 
passar prótons para o espaço intermembranar. É por isso que o NADH dá mais ATP: porque 
ele vai pelo complexo I, que joga prótons para o espaço intermembranar, em vez de pelo 
complexo II, que joga de volta para a matriz.
III – CiQ-citocromo c redutase (Citocromos b e c1/Centros Fe-S). Componentes do Ciclo Q: 
citocromo bL, bH, centro Fe-S, citocromo c1. Função do complexo: entregar elétrons. O que 
acontece é o processo do “Ciclo Q”. Há dois sítios de ligação de coenzima Q (um mais 
externo e outro mais interno). O citocromo c transporta o elétron pro complexo IV. 
IV – citocromo c oxidase (citocromos a e a3/íons de cobre). Componentes: citocromo c, 3 
íons cobre divididos em dois grupos (CuA /CuA e CuB nas formas cúprica, oxidada, e cuprosa, 
reduzida). O que acontece: chega um citocromo c por vez, cada um com um elétron. Pra 
reduzir o oxigênio completamente e transformá-lo em água, tem que chegar 4 citocromos, 
um por vez. O primeiro que chega é transportado do centro de cobre a pro hemo a pro hemo 
a3 e chega finalmente pro CuB. Quando ele recebe o elétron, o cobre vai de +2 a +1. O 
segundo citocromo c chega, e a mesma coisa acontece, só que o ferro a3 é reduzido a +2 
(então fica com cobre +1 e ferro +2). Aqui é onde entra o oxigênio. É importante que esses 
dois compostos estejam reduzidos quando o oxigênio chegar porque o O2 não pode ficar 
solto, pois ele vai receber 2 elétrons. Para que ele não vire um radical livre, esse oxigênio 
precisa ficar preso entre o ferro e o cobre. A partir do momento que o ferro e o cobre perdem 
esses elétrons ao oxigênios, eles voltam a ser oxidados. Chega então o terceiro citocromo 
(terceiro elétron). O elétron chega no ferro, e a ligação de ligação das duas moléculas de 
oxigênio é quebrada. Um próton da matriz vem e o ferro fica ainda mais oxidado, 
transformando-se em ferro +4, para poder prender o oxigênio em ligação dupla. Chega o 
quarto elétron. O ferro volta à valência normal oxidada, e reduz o oxigênio, tirando o próton 
da matriz. Há então um ferro com hidroxila, e um cobre com hidroxila. Por razões 
desconhecidas, mais dois prótons vem da matriz, formando duas moléculas de água.
– Dois transportadores de elétrons: coenzima Q (CoQ) – ubiquinona (não protéico), conecta 
complexos I e II ao III. Citocromo c, conecta complexo III ao IV.
• Citocromo: molécula transportadora de elétrons.
FORMAS REATIVAS DE OXIGÊNIO
– Molécula de oxigênio não completamente reduzida em uma célula se transforma em radical 
livre.
– Estratégias de defesa. As duas principais: enzima superóxido desmutase, que pega dois 
superóxidos e os mistura a dois prótons, formando uma molécula de oxigênio e uma de 
peróxido de hidrogênio. O peróxido de hidrogênio é subtrato da outra enzima, a catalase, 
que pega duas moléculas de peróxido de hidrogênio e transforma em uma molécula de 
oxigênio e duas de água. A função disso é diminuir a quantidade de radicais livres de 
oxigênio formados.
– Doenças vinculadas a lesão por radicais livres: aterogênese, doença de Parkinson...
– Radicais livres antecipam apoptose (morte celular).
GRADIENTE DE PRÓTONS
Complexo I: Joga 4 prótons.
Complexo II: Não joga.
Complexo III: 4 prótons.
Complexo IV: 8 prótons.
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA (alguns livros chamam de Complexo V): Fosforilação do ADP em 
ATP utilizando a energia liberada pelas reações de óxido-redução da cadeia transportadora de elétrons.
Energia direcionada para criar um contragradiente de prótons: excesso de H+ fora da matriz 
mitocondrial, matriz com carga negatica, porção intermembrana com carga positiva (até aqui, força 
próton-motriz), membrana interna permeável a H+, ATP sintase.
A energia acumulada dos prótons é canalizada num ponto só, e é utilizada para sintetizar ATP.
ATP sintase: síntese de ATP ocorre com o retorno dos prótons à matriz mitocondrial. A cada 3 prótons 
que retornam, 1 ATP é formado. Há mudança na conformação da enzima com a entrada dos prótons.
CONTROLE RESPIRATÓRIO
A velocidade do transporte de elétrons e síntese de ATP são dependentes da concentração de 
ADP. O transporte de elétrons está acoplado à síntese de ATP, e o ADP tem concentrações limitantes. 
Quanto mais ADP for formado maior a velocidade das reações de catálise e maior a produção de ATP.
INIBIDORES DA CTE
– Ausência de oxigênio: síntese de ATP é interrompida e os elétrons são mantidos na cadeia.
– Cianeto: ligação do Fe+3 do heme a3 citocromo c oxidase. Impede a transferência dos elétrons 
para o oxigênio. Na fumaça dos incêndios: altas concentrações – convulsão-coma-morte; baixas 
concentrações – tontura-falta de ar-vertigem-perdados sentidos-cefaleia.
– Nitroprussiato de sódio (usado em tratamento de hipertensão muito grave): apóes infusões 
prolongadas é convertido a cianeto. Conversão é monitorada com a presença de tiocianato na 
urina.
– Cianeto no ar – HCN: escapamento de automóveis/fumantes/pesticidas
– Cianeto solo e água – sais de cianeto (NaCN)
– Cianoglicosídeos – alimentos (amidalina)
– Amêndoas/sementes de frutas (pêssego, ameixa), mandioca, soja, espinafre. Libera HCN dos 
alimentos por ação de β-glicosidades das plantas e bactérias intestinais.
DESACOPLADORES
– Substâncias que impedem a síntese de ATP sem a interrupção da oxidação das coenzimas.
– Aumento do consumo de oxigênio e do metabolismo. Consome oxigênio, carboidratos, 
lipídios e proteínas, mas a energia das oxidações é dissipada como calor.
– Substâncias lipofílicas (ionóforos de prótons)
+ 2, 4 Dinitrofenol (DNP)
- Ácido fraco
- Associa-se a prótons e os carreia para a matriz
- Bloqueia a formação do gradiente de prótons
- Fármaco para perda de peso (morte após uso)
Desacoplador Endógeno
– Proteínas desacopladoras (UCP – uncoupling proteins)
- UCP-1(termogenina): função de produção de calor. Tecido adiposo marrom (excesso 
de mitocôndrias) – certas regiões de recém-nascidos, como pescoço, mamas, zona 
escapular, ao redor dos rins; e em animais semi-hibernantes.
- UCP-2 -maioria das célular
- UCP-3
- UCP-4
OXIDAÇÃO DO NADH CITOSSÓLICO
– Membrana interna mitocondrial impermeável a NAD+ e NADH
– Oxidação indireta por lançadeiras:
* Malato-Aspartato: especialmente nas células hepáticas, cardíacas e renais. O aspartato 
quando perde o nitrogênio se transforma em oxaloacetato, que também não atravessa a 
membrana. O NADH reduz o oxaloacetato a malato, que por sua vez tem proteínas 
específicas que faz com que ele atravesse. Quando ele entra, é feito o processo reverso (é 
transformado de volta a oxaloacetato). Quando o malato é colocado pra dentro, o que sai é o 
α-Cetoglutarato. O glutamato cede seu nitrogênio apara o oxaloacetato e transforma-o em 
aspartato, e ele transforma-se em α-Cetoglutarato. Quando o malato é transformado em 
oxaloacetato, há redução de NAD+ em NADH, “criando” uma molécula de NADH no lado 
de dentro.
* Glicerol-fosfato. 
• Aminoácido sem grupamento amino: alfacetoácido. Encontrados como intermediários do Ciclo 
de Krebs. Reação de trans-aminação.
PROTEÍNAS TRANSPORTADORAS DA MEMBRANA MITOCONDRIAL
– Membrana externa permeável
– Membrana interna impermeável
– Sistemas de transporte: adenina nucleotídeo translocase (ATP/ADP translocase) – tranasfere 
ATP da matriz por ADP do citosol. Quanto maior a concentração de ADP, maior a 
translocação. Inibidores da ATP/ADP translocase: atractilosídeo (gliosídeo vegetal), ácido 
bongcréquico (antibiótico fúngico que cresce em comida típica à base de coco – brongkrek, 
em indonésio)
Caso 1
Mulher de 45 anos com fadiga e palidez. Vegetariana, fluxo menstrual mensal abundante e 
prolongado (...)
Perde muito ferro devido ao excesso de sangue perdido. Tem anemia ferropriva, comum em muheres 
com menstruação acentuada e mulheres grávidas (necessidade aumentada). Homens: 1mg ferro/dia, 
mulheres 2, grávidas 3. Manutenção da quantidade de ferro presente na hemoglobina, citocromos e 
complexos Fe-S cruciais para transporte de O2 e metabolismo oxidativo. É melhor absorvido quando 
proveniente das carnes que dos vegetais, ovos e nozes.
Caso 2
Menino de 4 anos de idade com convulsòes, fraqueza muscular progressiva e encefalopatia assim 
como acúmulo de lactato no líquido encefalorraquidiano. As mitocôndrias musculares foram 
isoladas para estudo. As ativ. Individuais dos complexos I, II, III, IV estavam normais, mas as 
atividades combinadas de I + III e II + III estavam abaixo do normal.
Acúmulo de lactato: metabolismo anaeróbico. Deficiência em coenzima Q. 
Fraqueza muscular grave e encefaloparia podem ser causadas por miopatias mitocondriais por 
defeito no transporte de elétrons. Achado de aumento de lactato no LCF sugeriu defeito na fosforilação 
oxidativa. As atividades reduzidas dos complexos I+III e II+III acoplados sugeriram uma deficiência de 
Coenzima Q. A suplementação com coenzima Q trata a fraqueza muscular, mas não a encefalopatia. A 
encefalopatia pode ser causada pela deficiência de energia, ou pela respiração anaeróbia no cérebro (o 
que ele mais consome é glicose) que causa o aumento da produção de lactato. Por que não reverteu a 
encefalopatia?
Caso 3
Mulher foi levada pelo namorado ao hospital após ter ingerido duas doses de comprimido para 
perder peso. Reclamou de dor de cabeça, febre, dor torácica, suor abundante e fraqueza. Em 15 
minutos veio a óbito (…)
Envenenamento pelo desacoplador da fosforilação oxidativa – 2,4-dinitrofenol.
Descoberto na I Guerra mundial, com trabalhadores de fábrica de dinamite expostos a TNT.
Receitado por médicos da década de 30. Efeitos colaterais: catarata, cegueira, danos renais e 
hepáticos e morte. Agora é proibido.
Aumento radical do consumo de O2, e energia é convertida totalmente em calor. Morte por falta 
de ATP.