P3 Gasto Energetico

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P3 Gasto Energetico
1) Descrever o metabolismo dos lipidios e o ciclo de Lynen
Metabolismo:
A digestão dos lipídios inicia no intestino delgado, onde os sais biliares
emulsificam as gorduras formando micelas, para facilitar a ação das enzimas
lipases. As lipases então hidrolisam as ligações éster dos lipídios saponificáveis, liberando
ácidos graxos e os outros produtos como o glicerol, que atravessam então a mucosa
intestinal, sendo convertidos em triacilgliceróis. Os triacilgliceróis, juntamente com o
colesterol são incorporados às proteínas transportadoras, as apolipoproteínas, formando os
quilomícron. Os quilomicron se movem pela corrente sanguínea até chegar aos tecidos
e orgãos que metabolizam lipídios, sendo novamente hidrolizados e
penetrando nas células. O principal órgão que metaboliza os lipídios é
o fígado, entretanto eles também são metabolizados pelo coração para
produção de sua própria energia. O fígado exporta lipídios metabolizados
para outros tecidos como o cérebro na forma de corpos cetônicos, já que
estes não metabolizam lipídios mas convertem os corpos cetônicos em
acetil-CoA, sendo esta metabolizada no ciclo do ácido cítrico.
Os principais produtos da digestão de lipídios são o glicerol e ácidos graxos, portanto nesta
aula trataremos apenas dos seus metabolismos. O glicerol é metabolizado na via glicolítica.
Para isto ele precisa primeiro ser ativado pela enzima glicerol-quinase, que utiliza uma
molécula de ATP para converter o glicerol em L-glicerol-3-fosfato. Em seguida a enzima
glicerol3-fosfato-desidrogenase utiliza o NAD+ para converter o L-glicerol-3-fosfato
em diidroxiacetona-fosfato. Por fim a enzima triose-fosfato-isomerase converte a
diidroxiacetona-fosfato em D-gliceraldeído-3-fosfato, que segue seu caminho na via
glicolítica.
Degradação de Triacilgliceróis
Hidrólise completa do triacilgliceróis em ácidos graxos e glicerol (lipólise) resulta da
ação de três enzimas principais.
Lipase de triacilgliceróis de tecido adiposo (ATGL) catalisa a hidrólise do triacilglicerol
em ácido graxo e diacilglicerol;
Lipase hormônio sensível (HSL) remove outro ácido graxo do diacilglicerol, que se
converte em monoacilglicerol;
Monoacilglicerol lipase (MAGL) atua, formando glicerol e ácido graxo.
A lipólise é ativada durante períodos de aumento da demanda de energia por ação
hormonal.
Os produtos da hidrólise de triacilgliceróis são oxidados por processos distintos.
Glicerol
O glicerol é pouco reaproveitado pelos adipócitos, que têm baixos níveis de glicerol quinase,
sendo então liberado na circulação. Em outros tecidos, como fígado e rins, por ação desta
quinase, é convertido a glicerol 3 fosfato, que pode ser transformado em di hidroxiacetona
fosfato, um intermediário da glicólise ou da gliconeogênese.
Os ácidos graxos liberados dos adipócitos são transportados pelo sangue ligados à
albumina e utilizados como fonte de energia pelos tecidos, incluindo fígado e músculos; o
tecido nervoso e as hemácias são exceções, porque obtêm energia exclusivamente a
partir da degradação de glicose (o sistema nervoso, no jejum prolongado, passa a
utilizar corpos cetônicos).
Os triacilgliceróis da dieta, transportados pelos quilomícrons e VLDL, são hidrolisados
pela lipase lipoproteica, uma enzima extracelular, que fica ancorada no endotélio dos
capilares dos tecidos extra hepáticos. Os produtos finais da hidrólise, como no caso das
lipases dos adipócitos, são glicerol e ácidos graxos, que se tornam, assim, disponíveis para
as células.
Os ácidos graxos, mobilizados do tecido adiposo ou provenientes da dieta, são oxidados
por uma via que se processa no interior das mitocôndrias.
Degradação de Ácidos Graxos
Saturados
Processo de ativação do Ácido Graxo a Acil- CoA
Para ser oxidado, o ácido graxo é primeiramente convertido em uma forma ativada, uma
Acil- CoA
Enzima: Acil-CoA Sintetase
Forma se uma ligação tioéster entre o grupo carboxila do ácido graxo e o grupo SH da
coenzima A (HSCoA), produzindo uma Acil -CoA, que é um composto rico em energia.
Sua ligação tioéster é formada à custa da energia derivada de uma ligação anidrido
fosfórico, por clivagem do ATP em adenosina monofosfato (AMP) e pirofosfato.
O pirofosfato é hidrolisado a dois fosfatos inorgânicos (2 Pi) em uma reação irreversível, o
que torna o processo de ativação do ácido graxo a acil- CoA igualmente irreversível.
A membrana interna da mitocôndria é impermeável a Acil- CoA, mas os grupos acila
podem ser introduzidos na mitocôndria, quando ligados à carnitina.
A ligação reversível do grupo acila à carnitina é catalisada pela carnitina acil transferase.
Existem duas isoformas da enzima, denominadas I e II, que se localizam na membrana
externa e no interior da mitocôndria, respectivamente. O sistema utilizado para o
transporte de grupos acila consta de quatro etapas:
(1) Na membrana externa, a carnitina acil transferase I transfere o grupo acila da Acetil CoA
para a carnitina;
(2) A acil carnitina resultante é transportada através da membrana interna pela
acil carnitina/carnitina translocase;
(3) Na matriz mitocondrial, a carnitina acil transferase II doa o grupo acila da acil carnitina
para uma coenzima A da matriz mitocondrial, liberando carnitina;
(4) A carnitina retorna ao citosol pela mesma translocase. Deste modo, o grupo acila
dos ácidos graxos atinge o interior da mitocôndria, onde ocorre a sua oxidação.
Regulação por Malonil-CoA
Insulina estimula Acetil-CoA Carboxilase que converte Acetil-CoA em Malonil-CoA, que, por
sua vez, é substrato da lipogênese e inibidor da Carnitina Acil Transferase I (CAT I). Assim,
inibe-se a lipólise e estimula-se a lipogênese.
A Acil CoA presente na matriz mitocondrial é oxidada por uma via denominada β
 oxidação, porque promove a oxidação do carbono β do ácido graxo, ou ciclo de Lynen.
Esta via consta de uma série cíclica de quatro reações, ao final das quais a Acil -CoA é
encurtada de dois em dois carbonos, que são liberados sob a forma de acetil -CoA, com
produção de FADH2 e NADH. As quatro reações e as enzimas que as catalisam são:
I) Oxidação da Acil -CoA a uma enoil -CoA (acil- CoA β insaturada) de configuração trans, à
custa da conversão de FAD a FADH2 a única reação irreversível da via — acil -CoA
desidrogenase
II) Hidratação da dupla ligação trans, produzindo o isômero L de uma β hidroxiacil CoA —
enoil- CoA hidratase
III)Oxidação do grupo hidroxila a carbonila, resultando uma β cetoacil CoA e NADH —
β hidroxiacil CoA desidrogenase
IV) Cisão da β cetoacil CoA por reação com uma molécula de coenzima A (H SCoA), com
formação de acetil CoA e de uma acil CoA com dois carbonos a menos; esta acil CoA
refaz o ciclo várias vezes, até ser totalmente convertida a acetil CoA — tiolase.
B hidroxil CoA
A oxidação completa de um ácido graxo exige a cooperação entre o ciclo de Lynen, que
converte o ácido graxo a acetil CoA, e o ciclo de Krebs, que oxida o grupo acetila a CO2
Em cada volta do ciclo de Lynen, há produção de 1 FADH2, 1 NADH, 1 acetil CoA e 1 acil
CoA com dois átomos de carbono a menos que o ácido graxo original. Sempre que o
número de átomos de carbono do ácido graxo for par, a última volta do ciclo de oxidação
inicia-se com uma acil CoA de quatro carbonos, a butiril CoA, e, neste caso, são produzidas
2 acetil CoA (além de FADH2 e NADH).
A oxidação de ácidos graxos ocorre também nos peroxissomos
A β -oxidação peroxissômica promove o encurtamento de ácidos graxos de cadeia linear
muito longa (com mais de 20 carbonos), os ácidos graxos encurtados são transferidos
para as mitocôndrias para oxidação completa.
Insaturados
As duplas ligações são separadas por grupos metileno, resultando em sua localização tanto
em posições de número par como ímpar. Além disto, apresentam quase sempre a
configuração CIS, que não é reconhecida pela enoil CoA hidratase do ciclo de Lynen.
*β- oxidação de ácidos graxos insaturados requer a participação de enzimas adicionais.
Após a remoção de unidades de Acetil-CoA o ácido Graxo insaturado pode formar 2 tipos
de enoil-CoA de acordocom a posição original da insaturação.
Em dupla ligação de número ímpar: cis Δ3 enoil-CoA;
Em dupla ligação de número par: cis Δ4 enoil-CoA;
Para a oxidação dessas acil -CoAs insaturadas, são necessárias enzimas que as convertem
em trans Δ2 enoil- CoA, o intermediário insaturado da β oxidação, substrato da enoil- CoA
hidratase.
No caso da insaturação em posição ímpar é obtida cis Δ3 enoil- CoA
No caso da insaturação em posição par é obtida cis Δ4 enoil-CoA
É reconhecida pela acil-CoA desidrogenase do Ciclo de Lynen, que a converte à trans Δ2
 cis Δ4 dienoil- CoA.
2,4 dienoil- CoA redutase, que reduz a ligação cis Δ4 a custa de NADPH, originando trans Δ3
 enoil- CoA
Δ3, Δ2 enoil- CoA isomerase converte tanto cis Δ3 quanto trans Δ3 enoil- CoA em trans Δ2 
enoil- CoA—, chegando -se, portanto, ao intermediário insaturado da β oxidação.
Com número ímpar de Carbono
Neste caso, entretanto, a última volta do ciclo de Lynen inicia-se com uma acil- CoA de cinco
carbonos e produz uma molécula de acetil- CoA e uma de propionil -CoA, em vez de duas de
acetil CoA.
Para sua oxidação, a propionil- CoA é convertida a succinil -CoA, um intermediário do ciclo
de Krebs.
Cálculo do Rendimento
Cada volta no ciclo de Lynen produz 1 FADH2, 1 NADH + H+ e 1 Acetil CoA e 1 Acil-CoA
com 2 carbonos a menos q o original , com exceção da última volta, onde são produzidas 2
Acetil-CoA e nenhum Acil-CoA.
Portanto, usando-se de exemplo a oxidação do ácido palmítico (16C), seriam necessárias 7
voltas, produzindo 7 FADH2, 7 NADH + H+ e 8 Acetil-CoA.
8 Acetil-CoA vão para o ciclo de Krebs, produzindo 3 NADH, 1 FADH2 e 1 GTP cada
24 NADH
8 FADH2
8 GTP
Total
7 NADH(β oxidação) + 24 NADH (Krebs) = 31 NADH (77,5 ATP)
7 FADH2 (β oxidação) + 8 FADH2 (Krebs) = 15 FADH2 (22,5 ATP)
77 + 23 + 8 = 108 ATPs
Subtração
Na formação do Acil-CoA 1 ATP é transformado em AMP = 2 ATPs gastos (Ativação)
108 - 2 = 106 ATPs
*Se considerar que NADH = 3 ATPs e FADH2 = 2 ATPs = 129 ATPs
2) Caracterizar os diferentes tipos de fibras musculares (quais são, que nutrientes elas
usam…)
O músculo esquelético possui 3 tipos principais de fibras que diferem:
- Nos mecanismos que utilizam para produzir ATP.
- No tipo de ativação dos neurônios motores.
- Tipo de cadeia de miosina.
As 3 fibras existem concomitantemente em todos os músculos. Porém, suas proporções
variam de um músculo para outro.Mas no geral, existem mais fibras do tipo I (cerca de 64%)
do que do tipo II (cerca de 36%). Em simetria bilateral P. ex., as mãos, esquerda e direita,
têm proporções muito semelhantes das fibras.
Fibras de contração lenta (Tipo I)
São as fibras vermelhas.( A cor se deve a alta quantidade de mioglobinas para transporte
de O2)
Uma vez que existe alto número de mitocôndrias e de citocromo contendo ferro.
Além de serem altamente vascularizadas.
Esses fatores conferem a essa fibra alta resistência à fadiga.
Portanto, são apropriadas para atividades físicas prolongadas.
São fibras pequenas, com pouca capacidade de hipertrofia.
Ou seja, não ganham muito volume muscular.
Geram ATP predominantemente pelo sistema aeróbico.
Baixa atividade da miosina ATPase (na cabeça da miosina).
Pois a contração, como o nome já diz, é lenta.
Grande capacidade oxidativa e pequena capacidade glicolítica.
Ou seja, produzem ATP pela respiração celular, que é uma via oxidativa.
Mesmo após 12h de exercício, o glicogênio que permanece no músculo é quase que
exclusivo das fibras de contração rápida.
A diferença entre a capacidade oxidativa dos tipos de fibra determina a magnitude do fluxo
sanguíneo através do músculo.
Fibras de contração intermediária (Tipo II A)
São fibras de contração rápida (mas nesse caso, intermediária).
São mais pálidas que as fibras de contração lenta.
Pois possuem menor número de capilares sanguíneos e, portanto, menos suprimento de
O2.
Apesar dessa característica, possuem boa capacidade de metabolismo aeróbico fadigando
menos que as fibras do tipo II B.
Porém, sua capacidade de produzir energia utilizando O2 é menor do que a das fibras
lentas.
No entanto, podem melhorar consideravelmente essa capacidade com estímulo de
concentração.
Além disso, possuem metabolismo anaeróbico de média duração.
Concluindo, apresentam grande capacidade de hipertrofia, porém, menor capacidade de
produzir força que as fibras do tipo II B.
Essa fibra é mais desenvolvida em indivíduos que aparentam possuir maior volume de
massa muscular.
P. ex., fisiculturistas.
Fibras de contração rápida (Tipo II B)
São as fibras brancas.
Pois possuem bem menos mitocôndrias e vascularização que as de contração lenta.
Possuem alta capacidade de hipertrofia.
São maiores que as fibras tipo I.
Alta capacidade para a transmissão eletroquímica dos potenciais de ação.
Para uma contração simultânea de “todas” as fibras.
Alta atividade da miosina ATPase.
Para que os acoplamentos e desacoplamentos entre as cabeças de miosina e a actina
sejam mais rápidos.
Novamente, para que a contração seja rápida.
Liberação e captação rápidas de Ca2+.
Para que haja rápida transmissão dos potenciais de ação, bem como da ativação do
complexo troponina, resultando num rápido início do processo de contração.
Alta taxa de renovação (turnover) das pontes cruzadas.
Essas características determinam a geração rápida de energia para as ações musculares
rápidas e fortes.
A velocidade dessa fibra é de 3 a 5 vezes maior que a do tipo I.
Geram ATP predominantemente pelo sistema anaeróbico.
Alta capacidade glicolítica e pequena capacidade oxidativa.
Ou seja, produzem ATP predominantemente pela glicólise anaeróbica.
Essa fibra é utilizada para esportes de explosão (p.ex., corredores de 100 m), paradas e
arranques (p. ex., futebol, basquete, esportes que exigem um fornecimento de energia
quase que instantâneo).
3) Caracterizar a fosfocreatina (origem, estrutura, duração, fosforilação do ATP…)
A célula muscular esquelética é adaptada para a produção de trabalho mecânico intenso e
descontínuo, necessitando de depósitos de compostos ricos em energia. A energia que
pode ser mobilizada com mais facilidade é a acumulada em ATP e fosfocreatina, ambos
compostos ricos em energia nas ligações fosfato, que são armazenados na célula muscular.
Existe também energia nos depósitos sarcoplasmáticos de glicogênio. O tecido muscular
obtém energia para formar ATP e fosfocreatina a partir dos ácidos graxos e da glicose. As
moléculas de ácidos graxos são rompidas pelas enzimas da B-oxidação, localizadas na
matriz mitocondrial. O acetato produzido é oxidado pelo ciclo do ácido cítrico, sendo a
energia resultante armazenada em ATP
A fosfocreatina é um composto de alta energia, que fornece uma reserva pequena, mas
rapidamente mobilizável de fosfatos de alta energia, os quais podem ser transferidos
reversivelmente ao difosfato de adenosina ADP a fim de manter os níveis intracelulares de
ATP durante os primeiros minutos de contração muscular intensa. (Nota: a quantidade de
fosfocreatina corporal é proporcional à quantidade de massa muscular)
Origem: A creatina-fosfato (também chamada de fosfocreatina) é o derivado fosforilado da
creatina encontrada no músculo. A fosfocreatina é sintetizada no organismo a partir da
creatina.
Estrutura:
A fosfocreatina é uma molécula relativamente pequena e simples. Ela consiste em uma
molécula de creatina ligada a um grupo fosfato (fosforilada). Creatina: A creatina é uma
amina nitrogenada que consiste em três grupos funcionais: um grupo amino (-NH2), uma
cadeia de metilamina (-CH3) e um grupo guanidina (-NH-C(NH2)(NH2)). A creatina é
naturalmente sintetizada pelo corpo a partir de aminoácidos como a arginina, a glicina e a
metionina, principalmente no fígado, rins e pâncreas.
Fosfato: A fosfocreatina é a creatina que foi fosforilada, ou seja, ligada a um grupo fosfato
(-PO3^2-). A adição deste grupo fosfato à creatina resulta na fosfocreatina.
A reação bioquímica que transforma a creatina em fosfocreatina envolve a transferência de
um grupo fosfato de uma molécula de ATP (adenosina trifosfato) para a creatina.Esta
reação é catalisada pela enzima creatina quinase. A equação química simplificada para
esta reação é a seguinte:
Creatina + ATP ⇌ Fosfocreatina + ADP
Nesta reação, a creatina e o ATP são substratos, e a enzima creatina quinase atua como
um catalisador, acelerando a reação química. A energia armazenada no ATP é transferida
para a creatina, formando a fosfocreatina. Esta conversão é uma forma de armazenar
energia potencial de alta energia na molécula de fosfocreatina.
Duração: A duração da fosfocreatina (PCr) como fonte direta de energia nas células é muito
curta, normalmente limitada a alguns segundos. A fosfocreatina é um reservatório de
energia imediata que pode ser utilizado rapidamente para regenerar o ATP (adenosina
trifosfato), a molécula de energia primária das células.
Fosforilação do ATP:
A creatina-fosfato (CP) ou fosfocreatina é uma molécula de fosfato de alta energia que
existe nas células, além do ATP.
Porém, a energia da degradação da CP não é utilizada para realizar trabalho celular.
Invés disso, ela forma ATP para manter um suprimento relativamente constante.
Ocorre pelo seguinte processo
1º: a enzima creatina-quinase (CK) catalisa a quebra da fosfocreatina em creatina + fosfato.
2º: a energia liberada é utilizada para ligar o fosfato em uma molécula de ADP, formando
ATP.
Como já mencionado, a oxidação da CP impede a redução dos níveis e ATP.
Via ATP-CP
É o sistema energético mais simples e a primeira a ser gasta durante a atividade física.
É uma via rápida para a reposição do ATP, principalmente para fibras do tipo II.
Pode ser obtida sem a necessidade de nenhuma estrutura especial na célula.
Embora possa ocorrer na presença de O2, esse processo não exige O2. Portanto é
considerado anaeróbio.
Durante os primeiros segundos de atividade muscular intensa (P. ex., corrida de curta
distância/sprinting), o ATP é mantida numa concentração relativamente constante, em
detrimento da concentração da CP, que é utilizada para repor esse ATP gasto.
Logo, na exaustão, tanto a concentração de ATP quanto a de CP são muito baixos e
incapazes de fornecer energia contrações e relaxamentos.
Concluindo, a capacidade para manter as concentrações de ATP com energia derivada da
CP é limitada.
Os estoques de ATP e de CP podem sustentar as necessidades energéticas dos músculos
por 3 a 15 segundos.
P. ex., durante uma corrida de curta distância de esforço máximo (Usain Bolt).
Além desse ponto, os músculos passam a depender de outros processos para a formação
de ATP. Como a oxidativa dos carboidratos.
Síntese da creatina. ADP = difosfato
de adenosina; Pi = fosfato inorgânico.
4) Descrever a produção de energia, cadeia respiratória e fosforilação oxidativa
Contextualizando:
A glicose ou outra fonte energética, será degradada/oxidada até o final do ciclo de Krebs.
Portanto, o ciclo de Krebs é a fase final de oxidação dos átomos de carbono que compõem
as fontes de energia (carboidratos, lipídios e proteínas).
Essa oxidação é acompanhada da redução de grande quantidade de coenzimas NAD+ e
FAD, que recebem H+ e e- com grande quantidade de energia, resultando em NADH e
FADH2.
Essa redução ocorre na glicólise e no ciclo de Krebs.
Na 3ª e última etapa, cadeia respiratória, essas coenzimas “doam” e- para os carreadores.
Na cadeia transportadora de elétrons (CTE).
Que existe para que a energia dos e- seja passada para o ADP gradualmente.
Posteriormente a energia liberda por eles será utilizada para formar ATP.
Na fosforilação oxidativa (FO).
Concluindo:
A cadeia respiratória, ocorre em 2 processos:
Cadeia transportadora de elétrons.
Fosforilação oxidativa.
Nas cristas existem 5 complexos proteicos separados: I, II, III, IV e V
Os 4 primeiros compõem a Cadeia transportadora de Eletrons.
E o último compõe a Fosforilação Oxidativa.
Cadeia transportadora de elétrons (CTE)
Ocorre nas cristas mitocondriais (membrana mitocondrial interna).
Composta pelos complexos de I a IV. que atravessam a membrana interna.
Cada complexo enzimático é constituído por:
Várias enzimas.
Associadas a grupos prostéticos, como:
Flavina mononucleotídeo (FMN).
FAD.
Centros ferro-enxofre.
Grupos heme.
Íons de cobre.
E 2 componentes móveis na cadeia, que são:
Coenzima Q (CoQ): conecta os complexos I e II ao complexo III.
Citocromo C: conecta o complexo III ao complexo IV.
Estes componentes se organizam em ordem crescente de potenciais de redução.
Sendo o último o O2, com maior potencial de redução, sendo, portanto, o aceptor final do
H+.
Cada complexo recebe e doa elétrons, que são transportados por carreadores relativamente
móveis (CoQ e citocromo C).
Esse processo de doação e recepção serve para dissipar gradativamente parte da energia
dos elétrons, que será utilizada pela FO para unir o ADP ao Pi.
Carreamento dos elétrons
Cada NADH que chega na CTE transfere 2 elétrons para o complexo I.
Do complexo I, eles seguem a seguinte ordem: CoQ, complexo III, citocromo C, complexo
IV e finalmente para o O2.
O FADH2 resultante da oxidação do succinato (na 6ª reação do CK), transfere 2 elétrons ao
complexo II invés do I.
E daí seguem a ordem normal.
Os grupos prostéticos dos complexos atuam como centros de oxidação-redução.
Complexo I (ou NADH-ubiquinona-oxirredutase ou NADH desidrogenase)
É o primeiro ponto de entrada de e- na CTE.
Oxida o NADH, reduz a coenzima Q e atua inicia a formação bomba de prótons.
Tem formato de “L”:
Parte hidrofóbica, fica dentro da membrana.
Não ocorrem oxirreduções.
Possui estruturas semelhantes a translocases antiportadoras de íons, que funcionam como
transportadoras de prótons (H+).
Parte hidrofílica, fora da membrana, dentro da matriz.
Onde ocorrem oxirreduções.
Aqui existem, uma molécula de FMN (flavina mononucleotídeo, que é derivada da vitamina
B2, e tem estrutura semelhante à do FAD).
E 8 centros Fe-S, dispostos em sequência linear.
Vale lembrar, que esse complexo é o alvo do cianeto.
Aqui ocorrem os seguintes processos
1º: o NADH chega aqui carregando 2 H+ e 2 e-.
Esse NADH pode vir de várias origens:
gliceraldeído-3-fosfato (glicólise).
piruvato (da conversão do piruvato em acetil-CoA).
isocritrato, alfa-cetoglutarato e malato (do ciclo de Krebs).
beta-hidroxiacil-CoA (do ciclo de Lynen).
2º: esse NADH sofre oxidação e transfere 2 e- para a FMN e libera 2 H+ na matriz.
Essa transferência de elétrons é um processo exergônico, ou seja, libera energia.
Energia essa que será utilizada para translocar 4 H+ da matriz para o espaço
intermembrana.
Portanto, o complexo I é responsável por iniciar a bomba de prótons.
Essa bomba é um gradiente de prótons que “armazena” a energia da transferência
exergônica dos elétrons ao longo da CTE para depois ela possa ser utilizada no complexo V
para unir o ADP a um Pi.
3º: com isso, o grupo prostético FMN sofre redução.
Como já dito, ele recebe os 2 e-, e recebe também outros 2 H+ que estavam na matriz (não
necessariamente os que foram deixados pelo NADH), resultando em FMNH2.
Primeiro ela recebe 1 próton e 1 elétron, originando uma semiquinona.
Depois reage com um radical livre que porta 1 próton e 1 elétron e origina a FMNH2.
4º: essa FMNH2 sofre oxidação e transfere os 2 e- para os centros Fe-S.
E já que os centros Fe-S não recebem prótons, os 2 H+ da FMNH2 são liberados na matriz.
5º: os centros Fe-S transferem os 2 e- para a CoQ (ubiquinona).
6º: com isso, a CoQ sofre redução.
Novamente, são retirados 2 H+ da matriz (não necessariamente os que foram deixados pela
FMNH2) para a redução do CoQ em CoQH2.
Vale ressaltar, o fenômeno essencial do transporte de elétrons é a movimentação
concomitante de prótons, que são adicionais àqueles utilizados para a redução dos
cofatores.
Complexo II (ou succinato desidrogenase)
É o segundo ponto de entrada de e- na CTE.
Catalisa a oxidação de succinato a fumarato, com a redução do FAD a FADH2.
Esse processo ocorre acoplado à redução da CoQ.
Tem formato “João bobo”:
Uma parte esférica que fica na matriz mitocondrial (parte hidrofílica):
Possui uma flavoproteína (FAD), que contém o sítio de ligação ao succinato.
E uma proteínaFe-S, com 3 centros Fe-S dispostos linearmente.
E um pedúnculo imerso na crista (parte hidrofóbica):
Possui 2 subunidades transmembranas.
E um grupo prostético heme B.
O sítio de ligação da CoQ fica entre as duas partes.
Aqui ocorrem os seguintes processos
1º: os 2 e- e os 2 H+ do succinato são transferidos para o FAD, que sofre redução,
formando FADH2.
2º: o FADH2 sofre oxidação e transfere 2 e- à série de centros Fe-S.
Como já dito, os centros Fe-S não recebem prótons, então os 2 H+ são liberados na matriz.
3º: os centros Fe-S transferem os 2 e- para a CoQ (ubiquinona).
4º: com isso, a CoQ sofre redução.
Novamente, são retirados 2 H+ da matriz (não necessariamente os que foram deixados pelo
FADH2) para a redução do CoQ em CoQH2.
Ressaltando que, como não há translocação de prótons através da membrana interna
durante as transferências de elétrons no complexo II, ele não contribui para a formação da
bomba de prótons.
Complexo III (ou citocromo bc ou ubiquinona citocromo c oxirredutase)
Transfere e- da coenzima Q para o citocromo c e contribui para a bomba de prótons.
Tem formato de “epífise de osso”:
Possui 2 monômeros, cada um com 11 subunidades.
3 subunidades participam diretamente das reações de oxirredução.
1 citocromo B, com os grupos heme bL (ou b566) e heme bH (ou b562).
1 proteína Fe-S.
E o citocromo C1
O citocromo B inclui 2 sítios para ligação da ubiquinona.
Aqui o transporte de elétrons e a translocação de prótons ocorre pelo ciclo Q.
Que ocorre em 2 etapas.
Primeira etapa do ciclo Q
1º: o CoQH2 chega primeiro no sítio Q0, sofre oxidação, libera 1 H+ e transfere 1 e- para os
centros Fe-S.
Como os centros Fe-S não recebem H+, ele é liberado para o espaço intermembrana.
Após isso, se forma uma semiubiquinona (CoQH), que segue para a segunda etapa.
2º: esse e- segue o seguinte caminho: CoQH2 → Fe S → citocromo c1 → citocromo c.
3º: aqui a CoQH sofre outra oxidação, libera o último H+ e transfere o último e- para os
grupos heme bL.
Como os grupos heme bL não recebem H+, ele é liberado para o espaço intermembrana.
No final desse processo o CoQ totalmente oxidada migra para o sítio Qi.
4º: esse e- que está no grupo bL percorre a molécula de citocromo B até o heme bH e vai
para o sítio Qi, onde reduz a CoQ novamente.
Logo, se forma novamente a semiubiquinona (CoQH) que nessa reação retira o H+ da
matriz.
Portanto, a transferência de 1 e- da CoQH2 para o citocromo C, resulta:
Na extrusão de 2 H+ para o espaço intermembrana.
E no consumo de 1 H+ da matriz.
Segunda etapa do ciclo Q
Aqui outro CoQH2 percorre a mesma sequência de reações da primeira etapa, até a
formação de CoQ.
O diferencial dessa etapa é:
O CoQ deixa o complexo III e retorna para os complexos I ou II.
O e- no grupo heme bH é transferido para a CoQH formada na primeira etapa.
Portanto, a CoQH sofre redução e forma CoQH2.
Nessa reação, outro H+ é retirado da matriz.
Portanto, assim como na primeira etapa, a transferência de 1 e- da CoQH2 para o citocromo
C, resulta:
Na extrusão de 2 H+ para o espaço intermembrana.
E no consumo de 1 H+ da matriz.
Concluindo:
A CoQH2 regenerada aqui passa pelo ciclo novamente.
Ao todo, 4 H+ sofrem extrusão para o espaço intermembrana e contribuem para a bomba
de prótons.
2 e- seguem para a proteína IV através do citocromo C.
Complexo IV (ou citocromo c oxidase)
É a última enzima das CTE.
Catalisa a redução do O2 a H2O, acoplada ao bombeamento de prótons.
Formato de “dente”:
Formada por um dímero (2 monômeros), cada um formado por 13 subunidades proteicas e
pelos centros de oxidação-redução:
2 grupos heme, do tipo a e a3.
3 íons cobre.
Uma das subunidades inclui o sítio de ligação do citocromo C, além de 2 íons de cobre.
Formam o centro CuA/CuA, onde se liga o citocromo C.
A outra, estão 2 grupos heme e o terceiro íons de cobre.
Formam o centro a3-CuB, onde se liga o O2.
Aqui ocorrem os seguintes processos
1º: na superfície externa da crista, os e- vindos do citocromo c entram no complexo IV pelo
centro CuA/CuA.
2º: então, os e-, que já não são mais altamente energéticos, são transferidos para o centro
heme a, e de lá para o centro a3-CuB, onde o O2 está acoplado na forma de íons e não
mais de gás.
Aqui os íons oxigênio são reduzidos a H2O.
Cada O2 gera 2 H2O, e essa redução requer:
4 e-, ou seja, 4 citocromos c.
E 4 H+, que vão ser retirados da matriz.
Vale ressaltar que:
A cada transferência de e-, 1 H+ é translocado da matriz até o espaço intermembrana,
contribuindo novamente para a formação da bomba de prótons.
Como cada citocromo c carrega 2 e-, somente 2 H+ serão translocados aqui.
A utilização de O2 pelo complexo IV corresponde a cerca de 95% de todo o O2 consumido
pelo organismo humano.
A produção de H2O nesse processo chega a 300 mL diários.
Concluindo:
Para cada par de elétrons transferidos do NADH e do FADH2 para o oxigênio, há produção
de 1 H2O.
No final da CTE, 10 H+ sofreram extrusão para o espaço intermembrana.
Fosforilação oxidativa (FO)
Essa etapa é efetivamente a síntese de ATP.
É endergônica e acoplada às reações de oxirredução que ocorrem na CTE.
Hipótese quimiosmótica (Hipótese de Mitchell)
Explica como a energia livre gerada pelo transporte de elétrons é utilizada para produzir
ATP a partir de ADP + Pi.
O transporte de e- está acoplado à fosforilação do ADP pelo bombeamento de prótons (H+).
Este acontece nos complexos I, III e IV.
Assim, se cria um gradiente energicamente positivo no lado externo e mais negativo no lado
interno.
A energia desse gradiente impulsiona a síntese de ATP.
A hipótese quimiosmótica propõe que os H+ que foram expelidos para o espaço
intermembrana, serão atraídos pelo gradiente negativo e irão retornar a matriz pelo
complexo V.
Complexo V (ATP-sintase)
Irá sintetizar o ATP utilizando a energia do gradiente de prótons gerado pela CTE.
O complexo V é formado por 2 componentes:
F0: voltado para o espaço intermembrana.
Ele atrai os H+ por possuir uma carga negativa.
O H+ se liga na subunidade a, passa pela c, a fazendo girar.
O giro é o responsável por unir o ADP ao Pi.
F1: voltado para a matriz.
É responsável por “chutar” o H+ que atravessa o complexo V direto para o complexo IV,
onde ele vai ser combinado com o oxigênio para formar H2O.
Esse transporte pode acontecer sob 2 perspectivas:
Primeira
Tomando uma molécula de NADH como referência:
No total, 10H+ foram bombeados para fora, e o retorno se dará 4 por vez.
1 H+ irá vir acoplado a um fosfato.
E mais 3 entrarão rodando a ATP-sintase para unir ADP + Pi.
Por isso, totalizando 4H+ por ATP.
Logo, o saldo fica de 2,5 ATP por NADH.
Segunda
Tomando uma molécula de FADH2 como referência:
No total, 6H+ foram bombeados para fora (o FADH2 começa no complexo II direto).
O esquema será o mesmo, no entanto, a razão será diferente.
Assim, se tem que o saldo é de 1,5 ATP por FADH2.
Portanto, o salto total de glicólise aeróbica é de 32 ATP (podendo haver variações).
A fosforilação oxidativa será regulada pela demanda energética da célula, pelo ADP e a
razão entre ATP/ADP+fosfato.