Cadeia Respiratória

Prévia do material em texto

Cadeia Respiratória
Conceito, objetivo e localização:
Também chamada de fosforilação oxidativa, a cadeia respiratória é o estágio final do metabolismo produtor de energia em seres aeróbicos. Em eucariotos a cadeia respiratória ocorre na crista mitocondrial e envolve a oxidação de O2 para H2O com elétrons doados pelos NADH e FADH2 vindos dos processos anteriores de respiração celular. Será esse processo de redução que irá fornecer a grande quantidade de energia para a formação dos ATPs. 
Mais detalhes de como ocorre a cadeia respiratória:
Falando de forma mais detalhada, a cadeia respiratória irá utilizar-se de um método bem peculiar para a geração de energia e consequentemente ATP:
O transportador de elétrons (NADH/FADH2) ao vir dos demais processos da oxidação da glicose (Glicólise e ciclo de Krebs) abandona esses mesmos elétrons na membrana interna da mitocôndria, mais especificamente em uma proteína denominada complexo (complexo 1 se for NADH e 2 se for FADH2), e quando isso ocorre esse mesmo complexo libera no espaço entre a membrana interna e externa da mitocôndria 4 prótons H+ (tanto complexo 1 quanto o 2) e conforme esses elétrons altamente energizados migram pelos demais outros complexos da membrana, pelo fato de serem atraídos pelo oxigênio, que está ali presente, haverá uma liberação de mais 6 prótons H+ (no caso do NADH) ou mais 2 prótons H+ (no caso do FADH2) pelos outros complexos, totalizando 10 prótons (NADH) ou 6 prótons (FADH2).
Após a migração do par de elétrons pela membrana interna o mesmo se encontra com o oxigênio para formar água. 
Para a formação do ATP serão necessários 4 prótons de hidrogênio. Sendo que 1 é necessário para levar um fosfato para até o ADP e outros três para agirem como “propulsores” da enzima ATP sintase para que a mesma combine o fosfato ao ADP formando finalmente o ATP. 
Força próton motriz: 
Como visto acima, para que o ATP seja formado é necessário um fluxo de prótons da matriz mitocondrial para o citosol. Acontece que, a membrana mitocondrial interna é impermeável a prótons impedindo o retorno dos mesmo à matriz, porém, essa impermeabilidade irá gerar um gradiente eletroquímico e de PH que provocara uma situação de alta instabilidade e também a geração de uma força que irá atrair os prótons de volta. Essa força é denominada força próton motriz!
Diferença de número de ATP formados por NADH e FADH2: 
Já foi falado que cada ATP requisita 4 prótons de H+ para ser formado e que cada molécula de NADH provocara o fornecimento de 10 prótons e cada molécula de FADH2 provocará o fornecimento de 6 prótons. Portando, fazendo uma conta de divisão é possível concluir que cada NADH é capaz de formar 2,5 moléculas de ATP e cada molécula de FADH2 1,5 ATP.
Sabemos também que temos 10 moléculas de NADH vindas dos processos anteriores (glicólise, complexo do piruvato e ciclo de Krebs) portanto no total serão produzidas 25 moléculas de ATP graças ao NADH.
Em relação ao FADH2 , a cadeia respiratória tem a disposição duas moléculas vindas do ciclo de Krebs, e que, portanto, serão geradas no total 3 moléculas de ATP graças ao FADH2. 
Somando esses 28 ATPs formados na cadeia respiratória com os 4 ATPs formados nas etapas anteriores chega-se à conclusão que a respiração celular é capaz de produzir 32 ATPs. 
Relação dos potenciais de redução com a cadeia respiratória:
Através de estudos em relação aos potenciais de redução dos aceptores de elétrons na cadeia respiratória foi possível concluir de fato que o O2 era o aceptor final de elétrons por possuir o maior potencial de redução dentre os demais compostos. 
Sabendo que o fluxo de elétrons se dá de forma crescente em relação ao potencial de redução, chega-se à conclusão de que os compostos com menor potencial são os transportadores NADH e FADH2 enquanto os potenciais de redução dos complexos da membrana vão aumentando no sentido em que o elétron flui (o complexo 4 terá maior potencial de redução do que 1), sendo que o oxigênio terá o maior de todos, e por isso será o aceptor final.
Para melhor compreensão, quanto maior for o potencial de redução de um composto maior será a capacidade deste de atrair elétrons. 
 Inibidores:
São compostos capazes de atuar especificamente em cada complexo da membrana interna mitocondrial, levando ao interrupmento da cadeia de transporte de elétrons, não gerando liberação de prótons e muito menos a força próton motriz, interrompendo a síntese de ATP.
Exemplos:
Rotenona- Evita a transferência de elétrons do complexo I para a ubiquinona ao bloquear o local de ligação da mesma.
Oligomicina- Inibe a ATP sintase ao bloquear o fluxo de prótons. 
Desaclopador:
Existem substâncias lipofílicas que são capazes de atravessar a membrana impermeável interna da mitocôndria. Algumas dessas substâncias são levemente básicas, ou ácidos muito fracos, capazes de se protonarem no pH do meio intramembranar, e levam estes prótons até a matriz. Dessa forma, eles impedem a formação gradiente de prótons, e a energia que seria usada para a síntese de ATP é dissipada na forma de calor. Este mecanismo torna a oxigenação mais favorável, e a mitocôndria passa a consumir muito mais oxigênio que o normal.
Exemplos:
Dinitrofenol-  Ele consegue parar a produção de ATP sem rompimento da membrana da mitocôndria. Eles liberam um próton dentro da matriz mitocondrial, dissipando assim o gradiente de prótons.
ATP-sintase:
É uma ATPase que catalisa a formação de ATP a partir de ADP e fosfato inorgânico. 
Sua estrutura é dividida didaticamente em F0 que corresponde a porção da enzima integrada na membrana interna da mitocôndria e em F1 , que está acima da membrana, dentro da matriz mitocondrial. 
Catálise Rotacional:
Através de estudos cinéticos e de associação de ligantes foi proposto que os três sítios ativos presentes na porção F1 da ATP sintase giram para promover a catalise da conversão do ADP e ATP. 
Translocadores/lançadeiras:
O NADH não é permeável a membrana interna da mitocôndria mas mesmo assim necessita ser oxidado pelo O2 a NAD+ nessa mesma membrana.
Sistemas especiais denominados lançadeiras transportam os redutores equivalentes do NADH para dentro da mitocôndria através de vias indiretas.