Cadeia Transportadora de Elétrons e Síntese de ATP-1

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Aspectos Gerais 
 
 
Estágio 3: acontece a síntese de ATP em um processo chamado de 
fosforilação oxidativa. Corresponde a cadeia transportadora de elétrons 
e síntese de ATP. 
NADH e FADH = funcionam como coletores de elétrons das reações 
catabólicas. 
Essas coenzimas reduzidas ou carregadas de elétrons vão para o estágio 
três. É onde tem-se a cadeia transportadora de elétrons e ATP sintase. 
Acontece no interior da mitocôndria. 
Mitocôndrias são organelas celulares caracterizada por ter membrana 
interna e externa. Espaço entre as duas é o espaço intermembranoso. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ATP Sintase: sintetiza ATP. 
A fosforilação oxidativa começa com a entrada de elétrons na cadeia 
transportadora de elétrons. 
Muitos desses elétrons são provenientes da ação de desidrogenases que 
coletam elétrons das vias catabólicas e os canalizam para aceptores 
universais de elétrons (NAD+, NADP+, FAD - coenzimas). Essas coenzimas 
participam dessas reações, já que, recebem elétrons retirados pelas 
desidrogenases. 
 
Desidrogenases: são responsáveis por coletar elétrons das vias 
catabólicas e os canalizam para formas universais de elétrons. 
Na imagem, uma estrutura de desidrogenase. A desidrogenase é uma 
enzima, onde além de seus aminoácidos, para que desempenhe essa 
função, necessita de coenzima associada. Participam das reações de 
oxidação, oxidam seus substratos (retiram elétrons e transferem para 
coenzimas associadas), ou seja, participam de reações de oxidação-
redução. Substrato oxida e coenzima reduz. 
Cadeia Transportadora de Elétrons 
e Síntese de ATP 
 
Quando o NADH está com sinal de mais (+), significa que a coenzima está 
sem elétrons. NADH (sem nenhum sinal) está carregado de elétrons. 
Então, no início da reação estava sem elétrons e depois com. 
FAD tem o mesmo papel do NAD, responsável por receber elétrons na 
reação de oxidação de substratos. 
Coenzimas reduzidas levam elétrons para a cadeia transportadora de 
elétrons, onde vai ter transporte de elétrons. A síntese de ATP tem 
início com a chegada desses elétrons na cadeia. 
Essa cadeia está organizada em quatro complexos e fica inserida na 
membrana mitocondrial interna. 
 
Cadeia transportadora de elétrons 
 
Diversas proteínas associadas a grupos prostéticos diferentes: flavina 
mononucleotídeo (FMN), FAD, centros (ferro enxofre, grupos heme, e 
íons cobre). 
Componentes organizam-se em forma crescente dos potenciais de 
redução. Isso significa que lá no final, vamos ter uma proteína, grupo 
prostético, com potencial de redução maior (maior afinidade por 
elétrons), favorecendo o fluxo de elétrons do complexo 1 para o 
complexo 4. 
Componentes móveis: coenzima Q e citocromo C. 
Grupos prostéticos são responsáveis por participar das reações de 
receber elétrons e passar elétrons na cadeia transportadora. 
 
Dentro de cada complexo existem proteínas com diferentes tipos de 
grupos prostéticos. 
 
Química dos transportadores de elétrons 
a. Flavina mononucleotídeo (FMN) (Flavoproteínas) 
Derivada da proteína riboflavina (vitamina). 
Capaz de receber 2 prótons e 2 elétrons. 
 
A importância das flavoproteínas terem esse grupo prostético está no 
fato de que a FMN pode receber 1 elétron (semiquinona), tanto 2 
elétrons (flavina mononucleotídeo totalmente reduzida). 
Tem estrutura química capaz de receber esses elétrons. 
 
b. Centro Ferro-Enxofre 
Caracterizadas pela presença de ferro associado a átomos de enxofre. 
Presentes nos complexos I, II e III. 
Os centros ferro-enxofre são transportadores de elétrons (recebidos 
e doados para o ferro). 
 
Podem ter um centro, ou mais. 
O ferro vai ter papel fundamental no transporte de elétrons. 
 
c. Ubiquinona ou Coenzima Q 
É lipossolúvel (solúvel na bicamada lipídica mitocondrial interna) e 
apresenta uma longa cadeia isoprenóide. Pode aceitar um elétron 
originando um radical seqmiquinona ou dois elétrons para formar ubiquinol. 
Mobilidade na fase lipídica da membrana. 
 
Também é capaz de aceitar 1 elétron (forma radical semiquinona) ou 2 
elétrons (ubiquinol, forma reduzida). 
 
d. Citocromos 
São proteínas transportadoras de elétrons que possuem grupos 
prostéticos heme, que contém ferro. O ferro é responsável pela 
transferência de elétrons dessas proteínas. 
As mitocôndrias contêm três classes de citocromos designados a, b e c. 
 
HEME – ferro em ligação coordenada com átomos de nitrogênio. Todos 
os citocromos possuem. 
Tem alguma diferença química na estrutura da proteína. 
 
Organização dos complexos da cadeia transportadora de elétrons 
a. Complexo I 
Catalisa a transferência de elétrons para a ubiquinona a partir do NADH. 
 
Caminho dos elétrons evidenciados na imagem pelas setas rosas. 
 
b. Complexo II 
Catalisa a transferência de elétrons para a ubiquinona a partir do FADH2 
(gerado no ciclo de Krebs). 
 
Passa os elétrons do FADH2 para a coenzima Q. 
Os elétrons saem do succinato (intermediário do ciclo de Krebs), vão para 
o FADH2, vão para as proteínas ferro-enxofre, e que, por fim, vão para 
a coenzima Q. 
 
c. Complexo III 
Ocorre a transferência de elétrons da ubiquinona até o citocromo C. 
 
 
 
É composto pelos seguintes tipos de proteínas: citocromos (B e C) e 
proteínas ferro-enxofre. 
Elétron é passado em duas etapas. Citocromo C carregado de elétrons 
deixa o complexo III e vai para o complexo IV. 
 
d. Complexo IV 
Ocorre a transferência de elétrons para o oxigênio. 
Encontramos proteínas citocromo A e proteínas com cobre na estrutura. 
Os elétrons quando chegam no complexo IV: o citocromo C passa os 
elétrons para as proteínas com cobre, citocromos do tipo M. E os 
elétrons se juntam com o oxigênio, gerando duas moléculas de água (muito 
importantes para camelos, manutenção de questões fisiológicas). 
 
 
A passagem de elétrons para a cadeia transportadora de elétrons leva 
a liberação de prótons da matriz para o espaço intermembranoso. 
 
Dentro dos complexos, encontramos grupos prostéticos capazes de doar 
elétrons. 
Componentes móveis – ubiquinona e citocromo c. 
 
Como a cadeia transportadora de elétrons contribui para a síntese de 
ATP? Toda vez que os elétrons passam pelo complexo I, pelo complexo III 
e pelo complexo IV, temos um evento secundário acontecendo. Ou seja, 
temos o bombeamento de prótons que estão dentro da mitocôndria para 
o espaço entre as duas membranas. Então, toda vez que os elétrons 
passam pelo complexo I, III ou IV, temos bombeamento de prótons da 
matriz para o espaço intermembranoso. 
Esse bombeamento de prótons é que está super relacionado com a 
produção de ATP. Isso vai gerar o que chamamos de gradiente de 
prótons, e é esse gradiente que vai ser importante para o 
funcionamento da enzima ATP Sintase. Consequentemente, importante 
para a síntese de ATP. 
 
Síntese de ATP – fosforilação oxidativa 
 
Toda vez que os elétrons passam pelos complexos, tem-se o 
bombeamento de prótons que estavam no interior da mitocôndria para 
o espaço entre as membranas. Ao bombear prótons chega num 
momento que a concentração de prótons e a diferença de cargas (entre 
espaço intermembranoso e matriz) faz com que esses prótons arrumem 
uma maneira para voltar para a matriz mitocondrial. Então esse gradiente 
de prótons gerado é que tem relação com a síntese de ATP. 
ATP SINTASE: tem poros por onde os prótons passam e voltam para a 
matriz mitocondrial. Toda vez que esses prótons passam pela ATP 
sintase, temos a produção de ATP. É uma proteína que tem porção 
inserida na membrana mitocondrial interna (FO), e temos uma porção 
voltada para o interior da mitocôndria (da matriz mitocondrial, F1). 
F1: onde temos o sitio catalítico da síntese de ATP. 
 
ATP Sintase: 
F1: proteína periférica de membrana formada por 9 subunidades 
𝛼3𝛽3𝛾𝛿𝜀 . 
Gama faz conexão entre a porção 
integral da proteína que está inserida 
na membrana e a parte das 
subunidadesalpha e beta. A síntese 
de ATP está relacionada as 
subunidades beta, em cada uma 
temos sítios catalíticos para síntese 
de ATP. 
Fo: proteína integral de membrana que constitui o poro de prótons. Possui 
três unidades: a, b e c. 
 
 
A proteína ATP sintase forma canal pela qual os prótons vão passar 
para o interior da matriz mitocondrial. Os prótons, toda vez que passam 
por essa proteína, causam um giro nessa proteína (alteração 
conformacional). Ou seja, a medida em que os prótons estão no espaço 
intermembranoso e voltam para o interior da mitocôndria, passam pela 
ATP sintase e toda vez que fazem isso, acontece um giro. 
 
 
Conformação -ADP: liga ADP + Pi. 
Conformação -ATP: liga ATP (fortemente e estabiliza o ATP). 
Depois muda para conformação -vazia (baixa afinidade pelo ATP). Não 
está nem com produto, nem com substrato. Ou seja, está liberando ATP 
para o meio. 
ATP recém-sintetizado deixa a superfície da membrana. 
A subunidade gama () está sempre associada a subunidade beta () 
vazia. 
Toda vez que acontece o giro, entrada de prótons, faz com que essa 
subunidade gire. Essa subunidade girando, vai fazer com que o composto 
(subunidade gama) em contato com a subunidade beta entre em contato 
com a outra beta adjacente. Fazendo com que essa beta agora libere 
seu ATP. Ou seja, a subunidade gama que estava em contato com a beta 
entra em contato com a beta adjacente. O ciclo catalítico está sempre 
em sincronia. 
Toda vez que a subunidade gama entra em contato com uma beta, faz 
liberação de ATP. 
 
De que forma acontece essa síntese de ATP? 
Os sítios catalíticos da ATP sintase estão localizados nas subunidades beta 
(possui 3). Essas subunidades betas podem assumir três conformações 
diferentes, listadas acima. 
 
Inibidores e desacopladores da cadeia transportadora de elétrons e 
síntese de atp 
Considerando que os dois processos estão associados, preciso da cadeia 
transportadora de elétrons para gerar gradiente de prótons. E o 
gradiente de prótons para que ocorra o giro da ATP Sintase. É logico que 
se tiver qualquer problema na cadeia transportadora de elétrons não há 
como gerar gradiente de prótons e, consequentemente, não há síntese 
de ATP. 
Inibidores da cadeia transportadora de elétrons: 
Interferem com a síntese de ATP, ao inibir o transporte de elétrons não 
deixa gerar gradiente de prótons e a consequente síntese de ATP. 
 Retenona (inseticida): inibe o fluxo de elétrons do complexo I para a 
ubiquinona; 
 Antimicina A (antibiótico): inibe o fluxo de elétrons no complexo III; 
 Cianeto e monóxido de carbono: inibem a passagem de elétrons no 
complexo IV. 
 
Desacopladores da cadeia transportadora de elétrons: 
A cadeia transportadora de elétrons vai continuar a gerar gradiente de 
prótons, mas esses desacopladores não deixam esses prótons voltarem 
pela ATP sintase. Fornecem outro meio pela qual os prótons podem 
retornar a matriz mitocondrial, sem passar pela ATP sintase. 
2,4 dinitrofenol (tintas, herbicidas, explosivos) desacopla cadeia e a 
síntese de ATP. 
 
Elétrons passam pela cadeia transportadora de elétrons, gera gradiente 
de prótons, e para que aconteça a síntese de ATP, o gradiente tem que 
passar pela ATP sintase. Só que o 2,4 dinitrofenol, entra no espaço entre 
membranas, pega os prótons e leva de volta pela matriz. Desfaz o 
gradiente de prótons, necessário para a síntese de ATP. 
Utilizado como agente de emagrecimento, pois não gera ATP e o 
organismo entendia que deveria degradar moléculas para produzir 
energia. Na verdade, a falta de ATP fazia com que mais substratos 
enérgicos fossem degradados para suprir a demanda energética. Parou 
de ser utilizada porque ocorreram algumas mortes associadas a falta de 
produção de ATP na célula. 
 
Desacopladores da cadeia transportadora de elétrons (termogenina): 
 Proteína encontrada no tecido adiposo marrom (grande presença de 
mitocôndrias); 
 A membrana interna destas mitocôndrias (no tecido marrom) 
contém a termogenina (proteína desacopladora), que proporciona 
uma via para os prótons retornarem a matriz sem passar pela ATP 
sintase; 
 Em nível fisiológico. 
O resultado deste desvio é que a energia de oxidação não é conservada 
em ATP mas dissipada em calor, que contribui para manter a 
temperatura corporal do recém-nascido. 
 
Os elétrons ao passarem pelos complexos, bombeiam prótons de dentro 
da mitocôndria para os espaços intermembranas. Para que ocorra 
síntese de ATP os prótons precisam passar pela ATP sintase. Só que 
nas mitocôndrias do tecido adiposo marrom existe termogenina, que 
fornece poro adicional por onde os prótons passam sem passar pela 
ATP sintase. Quando passam nessa via alternativa, ao invés de gerar 
ATP, gera calor. 
Nos animais que hibernam, essa reação é bem importante, pois passam 
longos períodos dormindo, e a termogenina mantem da temperatura 
corporal enquanto os animais estiverem nessa condição. 
 
Resumo: