Cadeia transportadora de elétrons

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Cadeia de transporte
de elétrons e fosforilação oxidativa
POLISSACARÍDIOS PROTEÍNAS LIPÍDIOS
GLICOSE AMINOÁCIDOS ÁCIDOS GRAXOS
Acetil-CoA (2)
Oxaloacetato (4) Citrato (6)
Isocitrato (6)
Cetoglutarato (5)
Succinato (4)
Fumarato (4)
Malato (4)
Gly
Ala
Ser
Cys
Leu
Ile
Lys
Phe
GluAsp
Piruvato (3)
CO2
CO2
CO2
CO2
α 
MAPA II
Fosfoenolpiruvato (3)
CO2
Glicose + NAD + 2ADP + 2Pi → 2Piruvato + 2NADH + H + 2ATP + 2H2O
Glicólise
Piruvato + NAD+ + CoA Acetil-CoA + NADH + H+ + CO2
Descarboxilação oxidativa do piruvato (processo aeróbico)
Ciclo de Krebs
Acetyl-CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + pi 3NADH + FADH2 + GTP+ COA +2 C02
Glicose + NAD + 2ADP + 2Pi → 2Piruvato + 2NADH + 2H + 2ATP + 2H2O
Saldo : 2NADH +2ATP 
2 Gliceraldeido 3-fosfato
Glicólise
2 Piruvatos 
Saldo : 2NADH 
Formação de Acetil-CoA
Ciclo de Krebs
6NADH
2FADH2
2 ATP
2Acetyl CoA
Mols de NADH Mols de FADH2
2
Acetil CoA 2
6 2
10 2
ATP
2
2
Glicólise 
Piruvato
Ciclo de Krebs
4
Rendimento da oxidação da glicose
Rendimento da oxidação da glicose 
Etapas da oxidação da glicose
I. Glicose a 2 piruvatos (glicólise)
II. 2 piruvaos a 2 acetil-CoA (formação de acetil-CoA).
III. 2 acetil-CoA entram no ciclo de Krebs
IV. NADH e FADH2 passam pela cadeia de transporte de elétrons e fosforilação oxidativa.
Oxidação completa de 1 mol de glicose:
I II III IV Mols de ATPformadosI+II+III
coenzimas
Fosforilação 
no nível do
substrato
Total
2NADH 2NADH 6NADH
2FADH2
10NADH
2FADH2
30ATP
4ATP
30ATP
4ATP
30
4
2ATP 2ATP 4ATP 4
38
β-oxidação Ciclo de Krebs ATP
9 Acetil-CoA
8 NADH
8 FADH2
27 NADH
9 GTP
9 FADH2
Soma
36 NADH
17 FADH2
9 GTP
Cada NADH forma 3 ATP e cada FADH2 forma 2 ATP
108 ATP
34 ATP
9 ATP
151 ATP
Ácido graxo de 18 carbonos
151-2=149
Energia armazenada nas coenzimas (NADH e FADH2 ) 
1. Possibilita a re-utilização das coenzimas.
2. A re-oxidação possibilita que a energia mantida nas coenzimas possa
ser utilizada para a síntese de ATP.
Respiração Celular
Processo em que as células aeróbicas produzem seu ATP pela oxidação das 
coenzimas pelo oxigênio. 
Processo efetuado pela cadeia de transporte de elétrons (cadeia respiratória).
Fosforilação oxidativa
Síntese do ATP (ADP +Pi ATP) utilizando a energia
da oxidação das coenzimas.
Transferência da energia das coenzimas para a formação do ATP
ATP é a única forma de energia utilizável pelas células
Transformação da energia contida nas coenzimas reduzidas em um
gradiente prótons utilizando este gradiente para a síntese de ATP
Transferência de elétrons das coenzimas para o oxigênio via várias
passagens intermediárias pela cadeia de transporte de elétrons. 
Elétrons partem da coenzima reduzida que tem um potencial de redução menor
que os componentes da cadeia de transporte de elétrons percorrendo uma
sequência de transportadores com potencial de redução crescente. 
Até atingirem o oxigênio com o maior potencial de redução.
A transferência de elétrons é acompanhada por queda de energia livre.
Ao mesmo tempo há a formação de um gradiente de prótons estabelecendo-se
uma concentração diferente de prótons de cada lado da membrana onde ocorre
o transporte de elétrons.
O aproveitamento da energia potencial contida no gradiente 
de prótons possibilita a síntese de ATP.
Respiração celular e fosforilação oxidativa
A oxidação das coenzimas reduzidas processa-se na membrana interna da
mitocôndria aonde se localizam os componentes da cadeia de transporte
de elétrons.
Os componentes se agrupam em 4 complexos
I, II, III e IV.
Além disso dois componentes móveis fazem parte da cadeia de transporte
de elétrons, coenzima Q (CoQ), conecta Complexo I ao II e ao III,
e o citocromo c, que conecta o Complexo III ao IV.
Respiração celular
Maior potencial de redução
Menor potencial de redução
Sucessivas reduções e oxidações
coenzima Q
(ubiquinona)
citocromo C
Complexo I
Complexo II Complexo III
Complexo IV
Grupos prostéticos dos complexos atuam como
centros de óxido-redução.
Flavina mononucleotídeo (FMN).
Derivado da Riboflavina
Complexo I
Centros ferro-enxofre
Transportadores de e- somente
Valência Fe varia entre Fe3+ e Fe2+
Grupos prostéticos dos complexos atuam como
centros de óxido-redução.
Complexos I, II e III
proteínas
ferro-enxofre
Ubiquinona ou Coenzima Q
Mobilidade facilitada devido a sua característica hidrofóbica
Grupos prostéticos dos complexos atuam como
centros de óxido-redução.
unidades isoprênicas
Citocromos são proteínas transportadores de e-
que contém grupo heme como grupo prostético
Fe2+ e Fe3+
Classificados de acordo com o seu espectro de absorção 
Citocromo C localizado na face externa da memb mitocondrial interna,
Proteína pequena, móvel, conectam o complexo III ao IV.
Grupos prostéticos dos complexos atuam como
centros de óxido-redução.
ligação tioéter
Citocromos são proteínas transportadores de e-
que contém grupo heme como grupo prostético
Maior potencial de redução
Menor potencial de redução
Sucessivas reduções e oxidações
coenzima Q
(ubiquinona)
citocromo C
Complexo I
Complexo II Complexo III
Complexo IV
Complexo I / NADH-ubiquinona óxido-redutase
Um dos maiores complexos conhecidos. Consiste de 46 cadeias polipeptídicas.
Estrutura desconhecida.
Catalisa a transferência de e- do NADH à ubiquinona com a translocação
concomitante de H+ através da membrana.
Reações de óxido-redução e “bomba” de prótons.
NADH + H+ + FMN 
Complexo I
NAD+ + FMNH2 
Complexo I
Glicólise
Piruvato para Acetyl-
CoA
Ciclo de Krebs Prótons da matriz são consumidos
Succinato desidrogenase
Complexo II
Succinato-ubiquinona óxido-redutase 
Complexo II Acopla a oxidação do fumarato à redução da Coenzima Q
É o segundo ponto de entrada de e- na cadeia respiratória.
Maior potencial de redução
Menor potencial de redução
Sucessivas reduções e oxidações
coenzima Q
(ubiquinona)
citocromo C
Complexo I
Complexo II Complexo III
Complexo IV
A coenzima Q é o ponto de convergência de e- provenientes de 
NADH (complexo I), succinato (complexo II), glicerol 3-fosfato e acil-CoA
Maior potencial de redução
Menor potencial de redução
Sucessivas reduções e oxidações
coenzima Q
(ubiquinona)
citocromo C
Complexo I
Complexo II Complexo III
Complexo IV
Fosforilação oxidativa
Fosforilação do ADP para a formação do ATP às custas da oxidação de 
coenzimas.
A energia derivada do transporte de e- é convertida em uma força próton-motriz
Hipótese quimiosmótica: “ A energia de transporte de e- é utilizada para bombear 
prótons através da membrana interna para o exterior da mitocôndria”. 
Consequência do bombeamento de prótons é a formação de um gradiente de prótons.
A ATP sintase catalisa a formação de ATP quando os prótons atravessam a enzima
quatro prótons são necessários para cada ATP sintetizado.
Para cada 4 prótons que entram 1 ATP é sintetizado.
Os prótons entram por sítios específicos da ATP sintase.
Hipótese quimiosmótica: “ A energia de transporte de e- é utilizada para 
bombear 
prótons através da membrana interna para o exterior da mitocôndria”. 
A fosforilação oxidativa só se processa em mitocôndrias intactas ou em
vesículas fechadas compatíveis com a formação de um gradiente de 
prótons.
A síntese de ATP pode ser obtida na ausência de transporte de elétrons
desde que haja a um gradiente de prótons.
Modelo de acoplamento direto e de acoplamento indireto para o transporte
de elétrons e translocação de prótons.
Variação de energia livre associada ao transporte de e-
NADH + H+ + ½ O2 + 3ADP +3Pi +3H+ NAD++ 3ATP +4H2O
FADH2 + ½ O2 + 2ADP +2Pi +2H+ FAD+ + 2ATP 
+3H2O
ATP produzida pela fosforilação ao nível do substrato
é independente da cadéia de transporte de elétrons.
Rendimento da oxidação da glicose 
Etapas da oxidação da glicose
I. Glicose a 2 piruvatos (glicólise)
II. 2 piruvaos a 2 acetil-CoA (formação de acetil-CoA).
III. 2 acetil-CoA entram no ciclo de Krebs
IV. NADH e FADH2 passam pela cadeia de transporte de elétrons e fosforilação oxidativa.
Oxidação completa de 1 mol de glicose:
I II III IV Mols de ATPformadosI+II+III
coenzimas
Fosforilação 
no nível do
substrato
Total
2NADH 2NADH 6NADH
2FADH2
10NADH
2FADH2
30ATP
4ATP
30ATP
4ATP
30
4
2ATP 2ATP 4ATP 4
38
C6H12O6 +6O2 + 38ADP + 38Pi 6CO2 + 6H2O + 38 ATP 
Reação de oxidação da glicose
A ATP sintase é formada por duas subunidades F1 e F0
Converte energia química em motora atuando como 
um”nano motor” rotatório
F1 = a2, b3,g,d, e F0= a,b2,c10
Fator de acoplamento 1 (F1)
Fo (se liga à oligomicina inibido da ATP sintase)
F1
Fo
Fo canais de passagem de prótons
F1 catalisa a síntese de ATP
Matriz mitocondrial
F1 = α2, β3,γ,δ, e F0= a,b2,c10
F1
Fo
F1
Fo
F1
Fo
F1
Fo
F1
Fo
http://www.youtube.com/watch?v=uOoHKCMAUMc
F1 = α2, β3,γ,δ, ε F0= a,b2,c10
F1
Fo
A ATP sintase
Movimento da ATP sintase
A ATP sintase
Controle respiratório
Transporte de e- e síntese de ATP são processos acoplados.
A oxidação de NADH e FADH2 só ocorre se houver síntese de 
ATP e vice-versa.
ADP regula a entrada de prótons pela ATP sintase
Quando não há um gasto grande de ATP há menos ADP
diminuindo a entrada de protons (H+ ) pela ATP sintase. 
A entrada de H+ requer o ADP.
A magnitude do gradiente de prótons aumenta e impede a ação
da bomba de prótons até que a energia necessária para bombear
protons para fora da mitocôndria, contragradiente, se iguala à energia
liberada pelo transporte de elétrons que para.
Inibidores
Inibidores da cadéia de transporte de e- inibem a formação do gradiente
de H+ e consequentemente a síntese de ATP. Drogas potencialmente letais
Barbituratos (hipnóticos) Complexo I
Rotenona (inseticida) Complexo I
Malonato (inibidor da succinato desidrogenase) Complexo II
Antimicina A (antibiótico) Complexo III
Cianeto (CN-), monóxido de carbono (CO), azida (N3-) b Complexo IV
Rotenona (inseticida) Complexo I
Antimicina A (antibiótico) Complexo III
Cianeto (CN-), monóxido de carbono (CO), azida (N3-) b Complexo IV
Desacopladores
Substâncias lipofílicas como o DNP (2,4-dinitrofenol) são capazes de dissociar 
o transporte de e- da fosforilação oxidativa. 
A ´síntese de ATP para o transporte de e- prossegue.
Transporte de e- sem o transporte de prótons contragradiente torna-se 
energeticamente mais favorável, e a sua velocidade aumenta. 
Consumo de oxigênio é maior
Desacopladores fisiológicos (tecido adiposo marrom) UCP1 (uncoupling protein 1)
O gradiente de prótons não se estabelece e a energia do transporte de elétrons
é dissipada como calor
o DNP impede a formação de um gradiente de H+
Inibidores
A oligomicina é um antibiótico que inibe a síntese de ATP
se ligando à subunidade Fo que se torna impermeável a 
prótons. Mantendo o gadiente de prótons e impedindo o 
transporte de elétrons, parando a síntese de ATP e o 
consumo de oxigênio.
Perante a adição de desacopladores
podemos verificar se a inibição
está sendo feita na cadeia de
transporte de elétrons ou na
ATP sintase.
Sob a ATP sintase o consumo
de oxigênio é restaurado.
F1
Fo
F1
Fo
F1
Fo
A mitocôndria
Membrana interna da mitocôndria
A membrana interna
da mitocôndria é impermeável
a NAD+ e NADH.
Coenzimas reduzidas no
citosol podem ser oxidadas
pela cadeia de transporte
de elétrons graças ao sistema
de lançadeiras.
Lançadeira 
malato-aspartato
Lançadeira malato-aspartato
malato desidrogenase citossólica
dicarboxilato translocase
malato desidrogenase mitocondrial aspartato amino transferase mitocondrial
Aspartato-gluatmato translocase
aspartato amino transferase citossólica
fígado, rim e coração
Lançadeira do glicero fosfato
Glicerol 3-fosfato desidrogenase
Apenas 2ATPs resultarão
músculo esquelético e cérebro
Membrana mitocondrial interna é impermeável a diversos compostos.
O transporte de diversos compostos é feito por translocases.
As translocases controlam a permeabilidade da membrana interna
da mitocôndria.
Adenina nucleotídeo translocase (ATP/ADP) translocase
(permite a saída do ATP produzido e entrada do ADP)
Fosfato translocase
Dicarboxilato translocase (malato, succinato, fumarato, e
α-cetoglutarato). Lançadeira do malato aspartato
Tricarboxilato translocase (citrato e isocitrato).
Piruvato translocase (monocarboxilato translocase).
Aspartato-Glutamato translocase. Lançadeira do malato aspartato
Sistemas transportadores de Ca2+ (uniportador e antiportador).
Energia eletroquímica obtida pelo bombeamento de
prótons acoplado à cadeia de transporte de elétrons.
Reduzem o rendimento de ATP.
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