Aula 12 bioq enf 2014-1 Fosforilação oxidativa [Modo de Compatibilidade]

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Conversão de energia
Fosforilação oxidativa
Síntese de ATP
Fosforilação oxidativa ���� membrana
interna da mitocôndria
Ciclo do ácido cítrico e oxidação de
ácidos graxos ���� matriz mitocondrial
Qual a Função do Transporte de 
Elétrons no Metabolismo?
• A energia derivada da oxidação dos combustíveis metabólicos é, em última análise,
convertida em ATP.
• A energia liberada pela oxidação de nutrientes (Energia temporariamente transportada
NADH e FADH2) é usada pelos organismos na forma de energia química do ATP.
• A produção do ATP na mitocôndria é o resultado da fosforilação oxidativa, na qual o ADP é
fosforilado para formar ATP.
• As moléculas de NADH e FADH2, geradas no catabolismo transferem elétrons para o oxigênio
numa série de reações conhecidas coletivamente como cadeia transportadora de elétrons.
• O oxigênio, o aceptor de elétrons final, é reduzido a água.
Reações de óxido-redução
• Essas reações de óxido-redução envolvem a perda de 
elétrons por uma espécie química que é oxidada, e o ganho
por outra que é reduzida
• Agente redutor forte (NADH) ���� tendência de doar 
elétrons ���� potencial de redução negativo
• Agente oxidante forte (O2) ���� tendência de aceitar 
elétrons ���� potencial de redução positivo
Transportadores como NADH e FADH2, doam esses elétrons 
para receptores com maior afinidade por eles (O2).
Essas trocas de elétrons são acompanhadas por liberação de 
energia
Os elétrons são transferidos de uma molécula 
para outra por quatro formas diferentes
• 1- Eles podem ser transferidos como elétrons
Ex: Fe +2 + Cu +2 Fe +3 + Cu +
• 2- Eles podem ser transferidos na forma de átomos de hidrogênio
Ex: AH2 A + 2e- + 2H+ 
• 3- Eles podem ser transferidos como íon hidreto (possui dois 
elétrons) (:H-) Isso ocorre no caso das desidrogenases que utilizam o NAD 
como coenzima
• 4- Por combinação direta com o oxigênio
Ex: R-CH3 + ½ O2 R-CH2-OH
Esquema geral de “fosforilação oxidativa” pela cadeia repiratória ou 
transportadora de elétrons
(Fosforilação de ADP, oxidação de NADH e FADH2 )
Proteínas envolvidas no processo de
transferência de elétrons
Complexos multienzimáticos 
da cadeia transportadora de 
elétrons
A cadeia respiratória mitocondrial consiste em uma
série de transportadores de elétrons que atuam
sequencialmente, a maioria dos quais são proteínas
integrais de membrana que apresentam grupos
prostéticos capazes de aceitar um ou dois elétrons.
Complexo I - NADH:ubiquinona oxidoredutase
42 subunidades
Uma bomba de prótons – utiliza a energia de transferência de elétrons para
criar um gradiente de H+ através da membrana. A energia de transferência de
e- está momentaneamente guardada na forma deste gradiente.
Grupos 
prostéticos do 
complexo I: FMN 
(flavina 
mononucleotíde
o e aglomerados 
Fe-S nas 
proteínas ferro-
enxofre
Coenzima Q 
(ubiquinona)
Coenzima Q
Ubiquinona
“Q”
Complexo I: 
recebe e- de 
NADH e 
transfere 
para 
a coenzima Q
Ubiquinol = 
estado 
reduzido da 
ubiquinona
Complexo II – Succinato:Q 
oxidorredutase � Recebe e- de 
FADH2 (em succinato desidrogenase no 
ciclo de Krebs)
e transfere para a coenzima Q.
Complexo III - ubiquinona:citocromo c oxidoreductase
Complexo IV – Citocromo c oxidase: transfere e- de cit c para O2, formando H20
NADH + H+ + ½ O2 � NAD+ + H2O
Energia liberado pela oxidação é “guardada” na forma de 
um gradiente de H+.
Esquema geral de “fosforilação oxidativa” pela cadeia repiratória
(Fosforilação de ADP, oxidação de NADH e FADH2 )
Como o gradiente de concentração 
de prótons é transformado em 
ATP?
Hipótese quimiosmótica
De acordo com o modelo proposto
por Mitchel a energia eletroquímica
inerente da diferença na concentração de
prótons e da separação de cargas através
da membrana mitocondrial interna, a
“força próton motriz”, dirige a síntese de
ATP a medida que prótons fluem
passivamente de volta para a matriz
através de um poro de prótons associado à
ATP sintase.
Modelo quimiosmótico de geração de ATP a partir de gradiente de H+
A ATP sintase possui dois domínios funcionais, Fo e F1
À medida que os prótons fluem através da membrana do lado do espaço 
intermembranas para a matriz, via Fo, o cilindro e a haste rodam e as subunidades β
de F1 mudam de conformação à medida que a subunidade γγγγ se associa a cada uma 
delas. 
F1 (ATPase)
F0
(Canal de prótons)
matriz
Espaço
intermembranar
Figure 12.22b Structure of ATP synthase.
Figure 12.23 Model for proton transport by Fo.
Sentido horário do espaço intermembranar para matriz
O esquema mostra os três sítios catalíticos β
idênticos da ATP sintase, que podem assumir 3 
conformações diferentes:
Aberta (O de open), 
frouxa (L de loose) e 
Fechada (T de tight). 
A força próton motriz causa rotação da haste 
central, a sub unidade γ, representada pela 
seta azul, a qual entra em contato com cada 
par αβ em sucessão. 
Isto produz uma mudança conformacional 
cooperativa na qual o sítio βATP é 
convertido na conformação βaberto 
(vazio), e libera o ATP; o βADP é 
convertido no βATP e promove a 
condensação de ADP + Pi; enquanto o β
aberto (vazio) é convertido em βADP e 
se liga frouxamente a ADP + Pi do meio.
MECANISMO DA SÍNTESE DE ATP.
Oxidação mitocondrial do NADH 
citossólico
• Sabendo que a membrana mitocondrial interna 
não é permeável ao NADH, como o NADH 
gerado pela glicólise, no citoplasma, pode ser 
reoxidado a NAD+ pelo O2 via cadeia 
respiratória?
LANÇADEIRA MALATO – ASPARTATO. ( FÍGADO, RINS E CORAÇÃO)
Aspartato transaminase
citosólica
Aspartato transaminase
mitocondrial
Malato desidrogenase
citosólica
Malato desidrogenase
mitocondrial
Só funciona se a proporção NADH/NAD+ for maior no citossol do que 
na matriz mitocondrial
LANÇADEIRA DO GLICEROL – FOSFATO.
ESTE SISTEMA PREDOMINA NOS MÚSCULOS ESQUELÉTICOS E NO CÉREBRO.
Transporte de ATP e ADP pela 
membrana mitocondrial
• ATP-ADP translocase (adenina 
nucleotídeo translocase ou ANT) ����
fluxos de ATP e ADP são acoplados
Produção de ATP a partir da oxidação completa da glicose
Processo Produto direto ATP final
a b
Glicólise 2NADH (citosólico)
2ATP
5 ou 3* 6 ou 4* 
2 2
Oxidações do piruvato 
(dois por glicose)
2NADH 5 6
Oxidação do acetil CoA 
no ciclo do ác cítrico 
(dois por glicose)
6NADH
2FADH2
2GTP ou 2ATP
15 18 
3 4
2 2
Produção total por 
glicose
30 ou 32 38 ou 36
� 3H+ = 1 ATP (+ 1 H+ consumido no transporte de ATP da matriz para o citosol)
� Total de H+ = 10
a NADH leva a produção de 2,5 ATP e FADH2 1,5 ATP
b NADH leva a produção de 3 ATP e FADH2 2 ATP
*O nº depende da forma como o NADH citosólico entrega seus elétrons na cadeia transportadora 
de elétrons � glicerol-fosfato ou malato-aspartato