Bioquímica - Cadeia transportadora de elétrons

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Yahanna Estrela 
Medicina – UFCG 
BIOQUÍMICA 
 
Cadeia transportadora de elétrons 
 
 
REVISÃO DO METABOLISMO AERÓBICO DA 
GLICOSE 
 
✓ A glicose é fornecida após a quebra das ligações 
glicosídicas dos carboidratos através das enzimas 
glicosidades. 
✓ Ela entra nas células com a ajuda dos 
transportadores de glicose específicos para cada 
célula (os GLUT). 
✓ A insulina aumenta a quantidade desses 
transportadores GLUT. 
✓ Quando entra na célula, a glicose sofre o processo 
de glicólise, que ocorre em 10 reações, se 
transformando em piruvato. 
✓ O saldo energético da glicólise aeróbica é 2 ATP e 2 
NADH. 
✓ Para entrar na mitocôndria, os piruvatos contam 
com auxílio do Simportador Piruvato/H+. 
✓ Na mitocôndria, os dois piruvatos se transformarão 
em dois AceilCoA e produzirão dois NADH, através 
da ação do complexo piruvato-desidrogenase. 
✓ AcetilCoA é quem alimenta o ciclo de Krebs. Será 
oxidado para produzir, a cada ciclo, 2 NADH, 1 
FADH2 e 1 GTP. No total: 10 ATP. 
✓ Essas moléculas energéticas são ricas em elétrons, 
que serão usados na cadeia transportadora de 
elétrons. 
 
 
INTRODUÇÃO A CADEIA TRANSPORTADORA 
DE ELÉTRONS 
 
✓ Está intimamente ligada e acoplada a fosforilação 
oxidativa. 
✓ Organismos aeróbios consomem O2 e geram CO2 
na oxidação de combustíveis metabólicos 
✓ Os elétrons que vem das moléculas reduzidas dos 
combustíveis (NADH e FADH2 → ricas em elétrons, 
que serão doados para os complexos I, II, III e IV) são 
transferidos para o O2 gerando H2O. 
✓ A ATP sintase (complexo V) é responsável pela 
síntese de ATP, mas não participa diretamente do 
transporte de elétrons, estando relacionada ao 
processo de volta dos prótons para a matriz, 
acoplado a produção de energia. 
 
✓ Metabolismo aeróbio (presença de oxigênio) de 
nutrientes: 
1. Ciclo do ácido cítrico 
2. Cadeia transportadora de elétrons 
3. Fosforilação oxidativa 
 
✓ Acima não está descrito a glicólise (citoplasma) pois 
pode ser aeróbio e anaeróbio. 
✓ As coenzimas reduzidas (NADH e FADH2) formadas 
a partir da oxidação da glicose (e de outros 
compostos) vão para cadeia transportadora de 
elétrons, transferindo elétrons para redução do O2 
(que está no complexo IV) a H2O. 
✓ Durante esse processo de transporte de elétrons de 
um complexo para o outro acontece o 
bombeamento de prótons para o espaço 
intermembranar, gerando gradiente eletroquímico 
que gera a força próton-matriz → força os prótons 
a retornarem para a matriz, com auxilio da ATP 
sintase/complexo V. A produção de ATP se dá pela 
força de retorno dos prótons para a matriz 
(fosforilação oxidativa). 
✓ Durante a transferência de elétrons, prótons são 
expelidos da membrana interna mitocondrial – 
gradiente de prótons (útil para a produção de 
energia pela ATP sintase). 
✓ Energia livre armazenada neste gradiente 
eletroquímico promove síntese de ATP por meio da 
fosforilação oxidativa. 
 
 
RESUMO 
 
O metabolismo da glicose produz NADH e FADH2, 
que doarão elétrons para a cadeia transportadora 
de elétrons. Isso ocorre por meio das bombas de 
prótons pelos complexos 1, 3 e 4. O 2 não bombeia 
prótons pois não atravessa totalmente a membrana 
interna. O gradiente eletroquímico é formado e irá 
gerar a força próton-matriz, fazendo com que os 
prótons retornem à matriz com auxílio do complexo 
5 → síntese de ATP. 
 
 
 
LIBERAÇÃO DE ENERGIA 
 
NADH: 2,5 ATP 
FADH2: 1,5 ATP 
✓ Modelo quimiosmótico explica como a energia do 
transporte de elétrons para o O2 é transformada em 
ATP; 
✓ Cadeia transportadora de elétrons (I, III e IV – 
grandes complexos proteicos) na membrana 
interna. 
✓ Quando os e- passam através desses complexos (I, 
II, III e IV, o V não transporta elétrons, mas sintetiza 
ATP) ocorre uma série de reações de oxirredução, os 
prótons são transferidos da matriz para lado 
citosólico da membrana interna. 
✓ Produz gradiente eletroquímico e ATP sintase que 
contém o poro (F0), que reconduz os prótons (força 
próton-motriz) à matriz, catalisando a síntese de 
ATP. 
✓ Quando os prótons voltam para a matriz através do 
poro F0, codifica/catalisa a síntese de ATP que 
acontece na subunidade F1 da ATP sintase 
(complexo V). 
✓ Força Próton-Motriz: Excesso de H+ fora da matriz; 
matriz com carga negativa e porção intermembrana 
com carga +. 
✓ Desacoplamento: os prótons retornam a matriz não 
pela ATP sintase e assim a energia é liberada como 
calor (exemplo: dinitrofenol → provoca a volta dos 
prótons por locais que não são a subunidade F0, 
mas sim poros na membrana interna da 
mitocôndria.). Ou seja, quando retornam por outro 
caminho que não o complexo V. Toda a energia é 
dissipada na forma de calor. 
 
 
 
EXTRA: DESACOPLADORES 
 
• Complexo I: rotenona, barbitúricos 
(hipnóticos, amital), piericidina A; 
• Complexo II: malonato, carboxina, 2- 
tenoiltrofluoroacetona; 
• Complexo III: antimicina A, dimercaprol; 
• Complexo IV: cianeto, monóxido e carbono, 
azida sódica, ácido sulfídrico. 
 
 
 
 
MITOCÔNDRIA 
 
✓ É na mitocôndria que ocorre o ciclo de Krebs, cadeia 
transportadora de elétrons e fosforilação oxidativa. 
✓ Usina energética da célula; 
✓ Local do metabolismo oxidativo dos eucariontes; 
✓ Energia é conservada na forma de coenzimas 
redutoras (NADH/FADH2) que vão doar elétrons 
(cadeia transportadora de elétrons) para O2 
transformando-o em H2O; 
✓ A energia da redução do O2 para H2O é utilizada 
para fosforilação do ADP em ATP pela ATP sintase 
(complexo V, subunidade F0 e F1). 
 
 
 
✓ A subunidade F0 é o canal pelo qual o próton voltará 
para a matriz. 
✓ A subunidade F1 é o local onde se tem a síntese de 
ATP. 
✓ Cadeia transportadora de elétrons localiza-se na 
membrana mitocondrial interna 
✓ Via final comum pela qual os elétrons de diferentes 
combustíveis fluem para o O2 
✓ O transporte de elétrons e a síntese de ATP pela 
fosforilação oxidativa ocorrem continuamente em 
todos os tecidos. É essencial para a sobrevivência 
das nossas células. 
 
✓ NADH (da glicólise) não passa pela mitocôndria, 
logo são transportados apenas os elétrons por 
lançadeiras (malato/aspartato e glicerol/fosfato) 
✓ O ATP gerado na mitocôndria é translocado para 
citosol pela Translocador ADP/ATP - Adenina-
nucleotídeo-translocase, ANT (Venenos inibem esse 
transporte: atractilosídeo) e pelo VDAC que permite 
a difusão dos metabólitos, H2O e íons. 
 
 
O saldo da glicólise aeróbica é 2ATP e 2NADH. Os 
elétrons do NADH podem ser doados para a cadeia 
transportadora de elétrons. Para que isso ocorra, é 
necessário que eles entrem na mitocôndria através do 
sistema de lançadeiras, como citado anteriormente. 
Portanto, o NADH não passa para a mitocôndria, mas os 
seus elétrons passam com auxilio desse sistema. Na 
matriz é produzido ATP, que precisa ser translocado para 
o citosol, sendo realizado pelo translocador ADP/ATP. 
MEMBRANAS DA MITOCÔNDRIA 
 
✓ Os componentes da CTE estão localizados na 
membrana interna. 
✓ Membrana externa contém poros especiais 
permeáveis a íons e moléculas pequenas. 
✓ Já a membrana interna é impermeável, logo o 
transporte de substâncias depende de carreadores 
ou sistemas de transporte. 
✓ Membrana interna contém cristas que aumentam 
muito a superfície da membrana. 
 
 
MATRIZ MITOCONDRIAL 
 
✓ Contém enzimas e proteínas. 
✓ Contém o complexo piruvato desidrogenase 
✓ Ocorre oxidação do piruvato, Aa, AG, e ciclo do 
ácido cítrico/ciclo de Krebs. 
✓ Contém NAD+; FAD+; ADP; Pi; RNA; DNA 
mitocondriais. 
 
 
CARACTERÍSTICAS DA CADEIA 
TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS 
 
✓ Moléculas como glicose são metabolizadas por uma 
série de reações de oxidação levando por fim a 
produção de CO2 (ciclo de Krebs) e água (cadeia 
transportadora de elétrons, no Complexo V); 
✓ Os intermediários dessas reações doam elétrons a 
coenzimas específicas como NAD+ e FAD+ 
formando coenzimas reduzidas ricas em energia 
(NADH e FADH2). 
✓ Cada coenzima reduzida por pode doar um par de 
elétrons a um grupo especializado de carreadoresde elétrons chamado de CTE. 
✓ Na medida que os elétrons fluem através da CTE 
eles perdem energia livre, parte dessa energia é 
captada e armazenada para produção de ATP – esse 
processo é chamado de Fosforilação Oxidativa. 
✓ Série de etapas de oxirredução cada componente é 
oxidado quando recebe elétrons e reduzido quando 
doa e a energia é liberada e é utilizada para mover 
prótons contra gradiente de concentração 
(complexos I, III e IV conseguem bombear prótons, 
II não atravessa completamente a membrana 
interna). 
 
 
 
ORGANIZAÇÃO DA CTE 
 
✓ 5 Complexos proteícos separados (Complexos I, II, 
III, IV e V). O V não faz parte, diretamente, da cadeia 
transportadora de elétrons. É ele que efetivamente 
produz energia. 
✓ I a IV: contém parte da CTE 
✓ Cada complexo aceita ou doa elétrons 
✓ Esses elétrons são trocados por carreadores móveis 
– Coenzima Q e Citocromo C 
 
 
A coenzima Q10 faz o transporte dos elétrons do 
complexo I ao complexo III e do complexo II para o 
complexo III. Já o citocromo C faz o transporte dos 
elétrons do complexo III para o complexo IV. Ao 
chegarem no complexo IV, o O2 recebe os elétrons 
e vira H2O. 
 
 
✓ Complexo V (ATP sintase): catalisa a síntese de ATP 
 
 
TRANSPORTADORES DE ELETRÓNS 
 
✓ Coenzima Q (CoQ) – ubiquinona, molécula 
hidrofóbica (não protéico) 
• Conecta complexos I e II ao III 
✓ Citocromo c 
• Conecta complexo III ao IV 
 
 
COMPLEXOS DA CTE 
 
1. Complexo I: NADH desidrogenase 
2. Complexo II: Succinato desidrogenase (Krebs) 
3. Complexo III: Citocromo bc1 
4. Complexo IV: Citocromo a+a3 (Citocromo C 
oxidase) 
5. Coenzima Q e Citocromo C: transportadores de 
elétrons 
6. Complexo V: ATP sintase → não faz parte 
diretamente. 
6.1 Subunidade F0: atua como um canal de 
prótons; 
6.2 Subunidade F1: atua como produtor de ATP. 
 
 
 
POR QUE OS ELÉTRONS NÃO PASSAM 
DIRETO PARA O O2? PRECISAM PASSAR 
PELA C.T.E? 
 
“Se a transferência de elétrons das coenzimas 
reduzidas fosse feita diretamente para o O2 toda a 
energia seria liberada na forma de calor” 
 
✓ Ao passar de um complexo para o outro está 
acoplado ao bombeamento de prótons, que forma 
o gradiente eletroquímico, que está acoplado a 
produção de energia. 
✓ Estratégia celular para síntese de ATP. 
✓ Energia da transferência de elétrons para gerar 
gradiente de prótons. 
 
 
 
COMPLEXO I E II 
 
✓ Enorme complexo de 42 subunidades contem sítio 
para NADH, FMN, centro Fe-S, CoQ. 
✓ Os elétrons passam do: NADH – FMN – Fe-S – CoQ – 
Complexo III 
✓ Complexo II: succinato desidrogenase. Enzima parte 
do ciclo de Krebs – FADH2 
✓ Os elétrons do FADH2 são transferidos para CoQ e 
não há liberação de energia, por isso não há fluxo de 
elétrons (e também porque não é 
transmembranoso: não atravessa a membrana de 
uma parte a outra, não tendo como bombear 
prótons). 
 
 
IMPORTANTE 
 
Os elétrons do NADH são transferidos para o 
complexo I e os do FADH2 são transferidos para o 
complexo II. 
 
 
 
 
COMPLEXO III E IV 
 
✓ Complexo III (Citocromo b-c1) e complexo IV 
(Citocromo a-a3) 
✓ Os elétrons do complexo III são conduzidos pelo 
citocromo C para o complexo IV 
✓ O complexo IV passa os elétrons para citocromo C 
para o O2, que recebe 4 elétrons e se transforma em 
H2O 
✓ O Cu+ ligado ao complexo IV facilita a redução do 
O2 a H2O. 
 
 
REAÇÕES DA CTE 
 
✓ Com exceção da Coenzima Q10, todos são 
proteínas. 
 
PASSO 1: FORMAÇÃO DE NADH 
 
✓ O NAD+ é reduzido a NADH por desidrogenases no 
ciclo do ácido cítrico 
 
 
PASSO 2: NADH-DESIDROGENASE 
 
✓ O NADH e H+ são transferidos para a NADH-
desidrogenase (Complexo I) contém FMN (flavina 
mononucleotídeo) que aceita 2H tornando-se 
FMNH2. 
✓ Nessa enzima contém centros ferro-enxofre 
necessários para transferência dos átomos de H 
para o próximo membro da cadeia a coenzima Q10 
(ubiquinona) 
 
 
PASSO 3: COENZIMA Q 
 
✓ Os demais membros da CTE são citocromos 
✓ Apresentam grupo heme constituído por um anel 
porfirina contendo um átomo de ferro 
✓ Carreador móvel 
 
 
PASSO 4: CITOCROMO BC1 
 
✓ Os elétrons fluem ao longo da cadeia, desde 
coenzima Q pelos citocromos bc1, passa para 
citocromo C e vai para citocromo a+a3 
 
 
PASSO 5: CITOCROMO A + A3 
 
✓ Também denominado citocromo–oxidase, pois 
possui sítio que pode reagir diretamente com O2. 
✓ Neste sítio, os elétrons disponíveis, o oxigênio 
molecular e os prótons livres são reunidos para 
formar a água. 
✓ Quando os elétrons chegam o átomo de Fe é 
convertido de Fe3+ (férrico) para Fe2+ (ferroso). 
 
 
INIBIDORES DA CTE 
 
✓ Compostos bloqueiam a passagem de elétrons 
ligando-se a algum componente da cadeia e 
bloqueando as reações de oxidação/redução. 
✓ Qualquer substância que iniba a cadeia 
transportadora de elétrons, irá inibir também a 
produção de ATP. 
✓ A redução incompleta do O2 em água produz ERO 
(substâncias oxidantes). 
✓ Os inibidores da CTE já foram citados 
anteriormente, no início do resumo, mas observe a 
tabela a seguir. 
 
 
As EROs estão relacionadas com o processo de 
envelhecimento celular, pois podem reagir com 
componentes celulares, como lipídios, DNA e proteínas, 
causando danos e impedindo que exerçam sua função, 
podendo causar morte celular. 
 
 
 
 
 
O bloqueio da transferência de elétrons por qualquer um 
desses inibidores (amital, retinona, antimicina A, CN-, 
CO, Azida sódica) faz cessar o fluxo de elétrons do 
substrato até o oxigênio, pois as reações das cadeias 
transportadoras de elétrons são fortemente acopladas, 
como engrenagens em uma rede. 
LIBERAÇÃO DE ENERGIA DURANTE O 
TRANSPORTE DE ELÉTRONS 
 
✓ Energia livre é liberada a medida que os elétrons são 
transferidos. 
✓ Quando um elétron passa de um complexo para o 
outro há liberação de energia utilizada para 
bombeamento de prótons, gerando gradiente 
eletroquímico, que forma força próton-motriz e 
gera ATP pela ATP sintase. 
✓ Reações de oxidação (perda de elétrons) e de 
redução (ganho de elétrons). 
✓ Elétrons podem ser transferidos para H+; NAD+; 
FMN; Coenzima Q; FAD ou citocromo. 
✓ Sendo um doador (agente redutor) para um aceptor 
(agente oxidante). 
✓ A partir do NADH → I, III, IV. 
✓ A partir do FADH2 → II, III, IV.