AULA 7 - OXIDAÇÃO BIOLÓGICA, CADEIA DE TRANSFERÊNCIA DE ELÉTRONS E FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA

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OXIDAÇÃO BIOLÓGICA, CADEIA DE TRANSFERÊNCIA DE ELÉTRONS E 
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA 
 
Quimicamente, a oxidação é definida como a remoção de elétrons e a redução 
como o ganho de elétrons. Assim, a oxidação é sempre acompanhada pela redução 
de um aceptor de elétrons. 
Este princípio de oxidação-redução se aplica igualmente a sistemas bioquími-
cos e é um conceito importante subjacente à compreensão da natureza da oxidação 
biológica. Muitas oxidações biológicas podem ocorrer sem a participação do oxigênio 
molecular, por exemplo, desidrogenações. 
A vida dos animais superiores é absolutamente dependente de um suprimento 
de oxigênio para a respiração, o processo pelo qual as células obtêm energia na forma 
de ATP da reação controlada do hidrogênio com o oxigênio para formar água. 
Além disso, o oxigênio molecular é incorporado em uma variedade de substra-
tos por enzimas designadas como oxigenases; muitos medicamentos, poluentes e 
carcinógenos químicos (xenobióticos) são metabolizados por enzimas dessa classe, 
conhecidas como sistema do citocromo P450. A administração de oxigênio pode sal-
var vidas no tratamento de pacientes com insuficiência respiratória ou circulatória. 
 
REDUÇÃO DE OXIDAÇÃO BIOLÓGICA 
POTENCIAL REDOX - MUDANÇAS DE ENERGIA LIVRE 
Em reações que envolvem oxidação e redução, a mudança de energia livre é 
proporcional à tendência dos reagentes de doar ou aceitar elétrons. Mudança de ener-
gia livre expressa como redução de oxidação ou potencial redox. 
O potencial redox de um sistema é geralmente comparado com o potencial do 
eletrodo de hidrogênio (0,0 volts em pH 0,0). No entanto, para sistemas biológicos, o 
potencial redox é normalmente expresso em pH 7,0, em que pH o potencial do ele-
trodo do eletrodo de hidrogênio é de -0,42 volts. As enzimas envolvidas na oxidação 
e redução são chamadas de oxidorredutases e são classificadas em quatro grupos: 
oxidases, desidrogenases, hidroperoxidases e oxigenases. 
As oxidases usam oxigênio como aceptor de hidrogênio. As oxidases catalisam 
a remoção de hidrogênio de um substrato usando oxigênio como um aceitador de 
hidrogênio e formam água ou peróxido de hidrogênio como produto de reação. 
 
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ALGUMAS OXIDASES CONTÊM COBRE. 
A citocromo oxidase é uma hemoproteína amplamente distribuída em muitos 
tecidos, tendo o grupo protético heme típico presente na mioglobina, hemoglobina e 
outros citocromos. É o componente terminal da cadeia de portadores respiratórios en-
contrados na mitocôndria e transfere elétrons resultantes da oxidação das moléculas 
do substrato pelas desidrogenases para seu aceptor final, o oxigênio. 
A enzima é envenenada por monóxido de carbono, cianeto e sulfeto de hidro-
gênio. Também foi denominado citocromo a3. Sabe-se agora que os citocromos a e 
a3 são combinados em uma única proteína, sendo o complexo conhecido como cito-
cromo aa3. 
Ele contém duas moléculas de heme, cada uma com um átomo de Fe que os-
cila entre Fe3+ e Fe2+ durante a oxidação e a redução. Além disso, dois átomos de 
Cu estão presentes, cada um associado a uma unidade heme. 
 
OUTRAS OXIDASES SÃO FLAVOPROTEÍNAS. 
As enzimas flavoproteicas contêm mononucleotídeo de flavina (FMN) ou dinu-
cleotídeo de flavina adenina (FAD) como grupos protéticos. FMN e FAD são formados 
no corpo a partir da vitamina riboflavina. FMN e FAD são geralmente fortemente - mas 
não covalentemente - ligados às suas respectivas proteínas apoenzima. 
As metaloflavoproteínas contêm um ou mais metais como cofatores essenciais. 
Exemplos de enzimas flavoproteicas incluem L-aminoácido oxidase, uma enzima li-
gada a FMN encontrada no rim com especificidade geral para a desaminação oxida-
tiva dos L-aminoácidos de ocorrência natural. 
 
AS DESIDROGENASES NÃO PODEM USAR OXIGÊNIO COMO UM ACEITADOR 
DE HIDROGÊNIO 
Existe um grande número de enzimas nesta classe. Eles desempenham duas 
funções principais: 
1. Transferência de hidrogênio de um substrato para outro em uma reação de 
redução de oxidação acoplada. Essas desidrogenases são específicas para seus 
substratos, mas frequentemente utilizam coenzimas comuns ou transportadores de 
 
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hidrogênio, por exemplo, NAD+ (Reação abaixo). Uma vez que as reações são rever-
síveis, essas propriedades permitem que equivalentes redutores sejam livremente 
transferidos dentro da célula. 
Este tipo de reação, que permite que um substrato seja oxidado às custas de 
outro, é particularmente útil para permitir que processos oxidativos ocorram na ausên-
cia de oxigênio, como durante a fase anaeróbica da glicólise. 
NAD+ + AH2 ←⎯→ NADH + H+ + A 
 
2. Como componentes da cadeia respiratória do transporte de elétrons do subs-
trato ao oxigênio. 
 
MUITAS DESIDROGENASES DEPENDEM DE COENZIMAS DE NICOTINAMIDA 
Essas desidrogenases usam nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD+) ou ni-
cotinamida adenina dinucleotídeo fosfato (NADP+) - ou ambos - e são formadas no 
corpo a partir da vitamina niacina. 
Essas coenzimas são reduzidas pelo substrato específico da desidrogenase e 
reoxidadas por um aceptor de elétrons adequado. Eles podem se dissociar livre e 
reversivelmente de suas respectivas apoenzimas. Geralmente, as desidrogenases li-
gadas a NAD catalisam reações de oxidorredução nas vias oxidativas do metabo-
lismo, particularmente na glicólise, no ciclo do ácido cítrico e na cadeia respiratória da 
mitocôndria. 
As desidrogenases ligadas a NADP são encontradas caracteristicamente em 
sínteses redutivas, como na via extramitocondrial da síntese de ácidos graxos e sín-
tese de esteróides - e também na via da pentose fosfato. 
 
OUTRAS DESIDROGENASES DEPENDEM DA RIBOFLAVINA 
Os grupos de flavinas associados a essas desidrogenases são semelhantes ao 
FMN e FAD que ocorrem nas oxidases. Em geral, eles estão mais fortemente ligados 
às suas apoenzimas do que as coenzimas de nicotinamida. 
A maioria das desidrogenases ligadas à riboflavina está relacionada ao trans-
porte de elétrons na (ou para) cadeia respiratória. A NADH desidrogenase atua como 
 
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um transportador de elétrons entre o NADH e os componentes de maior potencial 
redox. 
Outras desidrogenases, como succinato desidrogenase, acil-CoA desidroge-
nase e glicerol3-fosfato desidrogenase mitocondrial, transferem equivalentes reduto-
res diretamente do substrato para a cadeia respiratória. Outro papel das desidrogena-
ses dependentes de flavina é na desidrogenação do lipoato reduzido, um intermediário 
na descarboxilação oxidativa do piruvato e α-cetoglutarato. A flavoproteína de trans-
ferência de elétrons é umportador intermediário de elétrons entre a acilCoA desidro-
genase e a cadeia respiratória. 
 
OS CITOCROMOS TAMBÉM PODEM SER CONSIDERADOS DESIDROGENASES 
Os citocromos são hemoproteínas contendo ferro nas quais o átomo de ferro 
oscila entre Fe3+ e Fe2+ durante a oxidação e redução. Com exceção da citocromo 
oxidase, são classificadas como desidrogenases. 
Na cadeia respiratória, eles estão envolvidos como transportadores de elétrons 
de flavoproteínas, por um lado, para a citocromo oxidase, por outro. Vários citocromos 
identificáveis ocorrem na cadeia respiratória, ou seja, os citocromos b, c1, c, a e a3 
(citocromo oxidase). 
Os citocromos também são encontrados em outros locais, por exemplo, no re-
tículo endoplasmático (citocromos P450 e b5) e em células vegetais, bactérias e leve-
duras. 
 
AS HIDROPEROXIDASES USAM PERÓXIDO DE HIDROGÊNIO OU PERÓXIDO 
ORGÂNICO COMO SUBSTRATO 
Dois tipos de enzimas encontradas em animais e plantas se enquadram nesta 
categoria: peroxidases e catalase. As hidroperoxidases protegem o corpo contra pe-
róxidos prejudiciais. O acúmulo de peróxidos pode levar à geração de radicais livres, 
que por sua vez podem romper as membranas e talvez causar câncer e aterosclerose. 
 
AS PEROXIDASES REDUZEM OS PERÓXIDOS USANDO VÁRIOS ACEPTORES 
DE ELÉTRONS 
As peroxidases são encontradas no leite e em leucócitos, plaquetas e outros 
tecidos envolvidos no metabolismo de eicosanóides. O grupo protético é protoheme. 
 
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Na reação catalisada pela peroxidase, o peróxido de hidrogênio é reduzido às custas 
de várias substâncias que atuarão como aceitadores de elétrons, como ascorbato, 
quinonas e citocromo c. 
A reação catalisada pela peroxidase é complexa, mas a reação geral é a se-
guinte: Em eritrócitos e outros tecidos, a enzima glutationa peroxidase, contendo se-
lênio como um grupo protético, catalisa a destruição de H2O2 e hidroperóxidos lipídicos 
pela redução da glutationa, protegendo os lipídios da membrana e hemoglobina contra 
oxidação por peróxidos. 
 
CATALASE USA PERÓXIDO DE HIDROGÊNIO COMO DOADOR DE ELÉTRONS 
E ACEITADOR DE ELÉTRONS 
Catalase é uma hemoproteína contendo quatro grupos heme. Além de possuir 
atividade peroxidase, é capaz de usar uma molécula de H2O2 como substrato doador 
de elétrons e outra molécula de H2O2 como oxidante ou aceptor de elétrons (Na reação 
abaixo). 
Na maioria das condições in vivo, a atividade peroxidase da catalase parece 
ser favorecida. A catalase é encontrada no sangue, medula óssea, membranas mu-
cosas, rins e fígado. Supõe-se que sua função seja a destruição do peróxido de hidro-
gênio formado pela ação das oxidases. 
Os peroxissomos são encontrados em muitos tecidos, incluindo o fígado. Eles 
são ricos em oxidases e em catalase. Assim, as enzimas que produzem H2O2 são 
agrupadas com a enzima que o destrói. No entanto, os sistemas de transporte de 
elétrons mitocondrial e microssomal, bem como a xantina oxidase, devem ser consi-
derados como fontes adicionais de H2O2. 
 Catalase 
2H2O2 ⎯⎯⎯⎯→ 2H2O + O2 
 
OS CITOCROMOS P450 SÃO MONOOXIGENASES IMPORTANTES PARA A DE-
SINTOXICAÇÃO DE MUITAS DROGAS 
Os citocromos P450 são uma importante superfamília de monooxgenases con-
tendo heme, e mais de 1000 dessas enzimas são conhecidas. 
 
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Tanto o NADH quanto o NADPH doam equivalentes redutores para a redução 
desses citocromos, que por sua vez são oxidados por substratos em uma série de 
reações enzimáticas conhecidas coletivamente como ciclo da hidroxilase (Na reação 
abaixo). 
Nos microssomas hepáticos, os citocromos P450 são encontrados junto com o 
citocromo b5 e têm um papel importante na desintoxicação. Benzpireno, aminopirina, 
anilina, morfina e benzfetamina são hidroxilados, aumentando sua solubilidade e au-
xiliando em sua excreção. Muitos medicamentos, como o fenobarbital, têm a capaci-
dade de induzir a formação de enzimas microssomais e dos citocromos P450. 
Os sistemas mitocondriais do citocromo P450 são encontrados em tecidos es-
teroidogênicos, como córtex adrenal, testículos, ovários e placenta, e estão relaciona-
dos à biossíntese de hormônios esteróides a partir do colesterol. 
Reduced cytochrome P450 ⎯→ Oxidized cytochrome P450 
RH + O2 ⎯→ R – OH + H2O 
 
A SUPERÓXIDO DISMUTASE PROTEGE OS ORGANISMOS AERÓBICOS CON-
TRA A TOXICIDADE DO OXIGÊNIO 
A transferência de um único elétron para O2 gera o radical livre ânion superó-
xido potencialmente prejudicial (O2 "-) (Na reação abaixo), cujos efeitos destrutivos 
são amplificados dando origem a reações em cadeia de radicais livres. 
A facilidade com que o superóxido pode ser formado do oxigênio nos tecidos e 
a ocorrência de superóxido dismutase, a enzima responsável por sua remoção em 
todos os organismos aeróbios (embora não em anaeróbios obrigatórios) indicam que 
a toxicidade potencial do oxigênio é devido à sua conversão em superóxido. 
O superóxido é formado quando flavinas reduzidas - presentes, por exemplo, 
na xantina oxidase - são reoxidados univalentemente pelo oxigênio molecular. 
 Superoxide Dismutase 
O2 
– + O2 
– + 2H+ ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ H2O + O2 
 
 
 
 
 
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A CADEIA RESPIRATÓRIA E A FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA 
Os organismos aeróbios são capazes de capturar uma proporção muito maior 
da energia livre disponível dos substratos respiratórios do que os organismos anaeró-
bios. A maior parte disso ocorre dentro das mitocôndrias, que foram chamadas de 
“casas de força” da célula. 
A respiração é acoplada à geração do intermediário de alta energia, ATP, por 
fosforilação oxidativa, e a teoria quimiosmótica oferece uma visão de como isso é 
realizado. Vários medicamentos (por exemplo, amobarbital) e venenos (por exemplo, 
cianeto, monóxido de carbono) inibem a fosforilação oxidativa, geralmente com con-
sequências fatais. 
Vários defeitos hereditários das mitocôndrias envolvendo componentes da ca-
deia respiratória e fosforilação oxidativa foram relatados. Os pacientes apresentam 
miopatia e encefalopatia e muitas vezes têm acidose láctica. 
 
ENZIMAS ESPECÍFICAS ATUAM COMO MARCADORES 
As mitocôndrias têm uma membrana externa permeável à maioria dos metabó-
litos, uma membrana interna seletivamente permeável e uma matriz interna. A mem-
brana externa é caracterizada pela presença de várias enzimas, incluindo acilCoA sin-
tetase e glicerolfosfato aciltransferase. 
A adenilil quinase e a creatina quinase são encontradas no espaço intermem-
branar. O fosfolipídio cardiolipina está concentrado na membrana interna junto com 
as enzimas da cadeia respiratória. 
 
A CADEIA RESPIRATÓRIA COLETA E OXIDA EQUIVALENTES REDUTORES 
A maior parte da energia liberada durante a oxidação de carboidratos, ácidos 
graxos e aminoácidos é disponibilizada nas mitocôndrias como equivalentes redutores 
(H+ ou elétrons). 
As mitocôndrias contêm a cadeia respiratória, que coleta e transporta equiva-
lentes redutoresdirecionando-os para sua reação final com o oxigênio para formar 
água, o mecanismo para aprisionar a energia livre liberada como fosfato de alta ener-
gia, e as enzimas da β-oxidação e do ácido cítrico ciclo que produz a maioria dos 
equivalentes redutores. 
 
 
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OS COMPONENTES DA CADEIA RESPIRATÓRIA SÃO ORGANIZADOS EM OR-
DEM CRESCENTE DE POTENCIAL REDOX 
A cadeia respiratória consiste em uma série de transportadores redox que pro-
cedem dos sistemas de desidrogenase ligada a NAD, por meio de flavoproteínas e 
citocromos, para o oxigênio molecular. Nem todos os substratos estão ligados à ca-
deia respiratória por meio de desidrogenases específicas de NAD; alguns, porque 
seus potenciais redox são mais positivos (por exemplo, fumarato/succinato; estão li-
gados diretamente às flavoproteínas desidrogenases, que por sua vez estão ligadas 
aos citocromos da cadeia respiratória. 
 
UBIQUINONA OU Q (COENZIMA Q) 
A coenzima Q liga as flavoproteínas ao citocromo b, o membro da cadeia do 
citocromo de menor potencial redox. Q existe na forma de quinona oxidada ou quinol 
reduzida em condições aeróbias ou anaeróbias, respectivamente. A estrutura de Q é 
muito semelhante à da vitamina K e da vitamina E e da plastoquinona, encontrada nos 
cloroplastos. 
O Q atua como um componente móvel da cadeia respiratória que coleta equi-
valentes redutores dos complexos de flavoproteínas mais fixos e os passa para os 
citocromos. Um componente adicional é a proteína ferro-enxofre (FeS; ferro não 
heme). Está associada às flavoproteínas (metaloflavoproteínas) e ao citocromo b. 
Acredita-se que o enxofre e o ferro participem do mecanismo de oxidorredução entre 
a flavina e Q, que envolve apenas uma única mudança-e, o átomo de ferro sofre oxi-
dorredução entre Fe2+ e Fe3+. 
Piruvato e α-cetoglutarato desidrogenase têm sistemas complexos envolvendo 
lipoato e FAD antes da passagem de elétrons para NAD, enquanto o elétron transfere 
de outras desidrogenases, por exemplo, L (+)-3-hidroxiacil-CoA desidrogenase, aco-
pla-se diretamente com NAD. O NADH reduzido da cadeia respiratória é, por sua vez, 
oxidado por uma enzima metaloflavoproteína-NADH desidrogenase. Esta enzima con-
tém FeS e FMN, está fortemente ligada à cadeia respiratória e passa equivalentes 
redutores para Q. 
Os elétrons fluem de Q através da série de citocromos a fim de aumentar o 
potencial redox para o oxigênio molecular. O citocromo terminal aa3 (citocromo oxi-
dase), responsável pela combinação final de equivalentes redutores com o oxigênio 
 
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molecular, tem uma afinidade muito alta pelo oxigênio, permitindo que a cadeia respi-
ratória funcione em velocidade máxima até que o tecido se torne esgotado de O2. 
Por se tratar de uma reação irreversível (única na cadeia), ela direciona o mo-
vimento de equivalentes redutores e a produção de ATP, ao qual está acoplado. Fun-
cionalmente e estruturalmente, os componentes da cadeia respiratória estão presen-
tes na membrana mitocondrial interna como quatro complexos de proteína-lipídio da 
cadeia respiratória que se estendem pela membrana. O citocromo c é o único cito-
cromo solúvel e, juntamente com o Q, parece ser um componente mais móvel da ca-
deia respiratória que conecta os complexos fixos. A reação geral é dada na figura 1. 
 
 
Figura 1 - Nesta representação simples da teoria quimiosmótica aplicada às mitocôndrias, os elétrons 
do NADH e de outros substratos oxidáveis passam por uma cadeia de portadores dispostos assimetri-
camente na membrana interna. O fluxo de elétrons é acompanhado pela transferência de prótons atra-
vés da membrana, produzindo um gradiente químico (ΔpH) e um gradiente elétrico (Δψ). A membrana 
mitocondrial interna é impermeável aos prótons; prótons podem reentrar na matriz apenas por meio de 
canais específicos de prótons (Fo). A força motriz de prótons que leva os prótons de volta à matriz 
fornece a energia para a síntese de ATP, catalisada pelo complexo F1 associado a Fo. 
 
A CADEIA RESPIRATÓRIA FORNECE A MAIOR PARTE DA ENERGIA CAPTU-
RADA DURANTE O CATABOLISMO 
O ADP captura, na forma de fosfato de alta energia, uma proporção significativa 
da energia livre liberada por processos catabólicos. O ATP resultante foi chamado de 
“moeda” de energia da célula porque ele passa essa energia livre para conduzir os 
processos que requerem energia. 
 
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Há uma captura direta líquida de dois grupos de fosfato de alta energia nas 
reações glicolíticas, equivalente a aproximadamente 103,2 kJ/mol de glicose. (In vivo, 
ΔG para a síntese de ATP a partir de ADP foi calculado como aproximadamente 51,6 
kJ/mol. (É maior do que ΔG0 'para a hidrólise de ATP, que é obtido em concentrações 
padrão de 1,0 mol/L). mol de glicose rende aproximadamente 2870 kJ na combustão 
completa, a energia capturada pela fosforilação na glicólise é pequena. Mais dois fos-
fatos de alta energia por mol de glicose são capturados no ciclo do ácido cítrico du-
rante a conversão de succinil CoA em succinato. 
Todas essas fosforilações ocorrem no nível do substrato. Quando os substratos 
são oxidados por meio de uma desidrogenase ligada a NAD e da cadeia respiratória, 
aproximadamente 2,5 mol de fosfato inorgânico são incorporados em 2,5 mol de ADP 
para formar 2,5 mol de ATP por meio mol de O2 consumido; isto é, a razão P:O = 2,5. 
Por outro lado, quando um substrato é oxidado por meio de uma desidrogenase ligada 
a uma flavoproteína, apenas 1,5 mol de ATP são formados; ou seja, P:O = 1,5. 
Essas reações são conhecidas como fosforilação oxidativa no nível da cadeia 
respiratória. Essas desidrogenações mais fosforilações no nível do substrato podem 
agora responder por 68% da energia livre resultante da combustão da glicose, captu-
rada na forma de fosfato de alta energia. É evidente que a cadeia respiratória é res-
ponsável por grande parte da formação total de ATP. 
 
O CONTROLE RESPIRATÓRIO GARANTE UM FORNECIMENTO CONSTANTE DE 
ATP 
A taxa de respiração das mitocôndrias pode ser controlada pela disponibilidade 
de ADP. Isso ocorre porque a oxidação e a fosforilação estão fortemente acopladas; 
isto é, a oxidação não pode prosseguir através da cadeia respiratória sem fosforilação 
concomitante de ADP. Quando o trabalho é realizado, o ATP é convertido em ADP, 
permitindo que mais respiração ocorra, o que, por sua vez, reabastece o armazena-
mento de ATP. 
Sob certas condições, a concentração de fosfato inorgânico também pode afe-
tar a taxa de funcionamento da cadeia respiratória. Também existe a possibilidade de 
que o transportador ADP/ATP, que facilita a entrada do ADP citosólico para dentro e 
do ATP para fora da mitocôndria, torne-se um limitador da taxa. Assim, a maneira pela 
qual os processos oxidativos biológicos permitem que a energia livre resultante da 
 
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oxidação dos alimentos se torne disponível e seja capturada é gradativa, eficiente 
(aproximadamente 68%) e controlada - ao invés de explosiva, ineficiente e descontro-
lada, como em muitos processos não biológicos. 
A energia livre restante que não é capturada como fosfato de alta energia é 
liberada como calor. Isso não precisa ser considerado “desperdiçado”, pois garante 
que o sistema respiratório como um todo seja suficientemente exergônico para ser 
removido do equilíbrio, permitindo fluxo unidirecional contínuo e fornecimento cons-
tante de ATP. Também contribui para a manutenção da temperatura corporal. 
 
MUITOS VENENOS INIBEM A CADEIA RESPIRATÓRIA 
Muitas informações sobre a cadeia respiratória foram obtidas com o uso de 
inibidores e, inversamente, forneceram conhecimento sobre o mecanismo de ação de 
vários venenos. Eles podem ser classificados como inibidores da cadeia respiratória, 
inibidores da fosforilação oxidativa e desacopladores da fosforilação oxidativa. 
Os barbitúricos, como o amobarbital, inibem as desidrogenases ligadas a NAD, 
bloqueando a transferência de FeS para Q. Em dosagem suficiente, são fatais in vivo. 
A antimicina A e o dimercaprol inibem a cadeia respiratória entre o citocromo b e o 
citocromo c. Os venenos clássicos H2S, monóxido de carbono e cianeto inibem a ci-
tocromo oxidase e podem, portanto, interromper totalmente a respiração. 
O malonato é um inibidor competitivo da succinato desidrogenase. O atractilo-
sídeo inibe a fosforilação oxidativa ao inibir o transportador de ADP para dentro e para 
fora da mitocôndria. A ação dos desacopladores é dissociar a oxidação da cadeia 
respiratória da fosforilação. Esses compostos são tóxicos in vivo, fazendo com que a 
respiração se torne descontrolada, uma vez que a taxa não é mais limitada pela con-
centração de ADP ou Pi. O desacoplador mais utilizado é o 2,4-dinitrofenol, mas ou-
tros compostos atuam de maneira semelhante. O antibiótico oligomicina bloqueia 
completamente a oxidação e a fosforilação, agindo em uma etapa da fosforilação. 
 
A TEORIA QUIMIOSMÓTICA EXPLICA O MECANISMO DE FOSFORILAÇÃO OXI-
DATIVA 
A teoria quimiosmótica de Mitchell postula que a energia da oxidação de com-
ponentes da cadeia respiratória é acoplada à translocação de íons de hidrogênio (pró-
tons, H+) de dentro para fora da membrana mitocondrial interna. 
 
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A diferença de potencial eletroquímico resultante da distribuição assimétrica 
dos íons de hidrogênio é usada para conduzir o mecanismo responsável pela forma-
ção do ATP (Figura 1). 
 
A CADEIA RESPIRATÓRIA É UMA BOMBA DE PRÓTONS 
Cada um dos complexos da cadeia respiratória I, III e IV atuam como uma 
bomba de prótons. 
A membrana interna é impermeável aos íons em geral, mas particularmente 
aos prótons, que se acumulam fora da membrana, criando uma diferença de potencial 
eletroquímico através da membrana. Este consiste em um potencial químico (dife-
rença de pH) e um potencial elétrico. 
 
UMA ATP SINTASE LOCALIZADA NA MEMBRANA FUNCIONA COMO UM MO-
TOR ROTATIVO PARA FORMAR ATP 
A diferença de potencial eletroquímico é usada para conduzir uma ATP sintase 
localizada na membrana que, na presença de Pi + ADP, forma ATP. Espalhados pela 
superfície da membrana interna estão os complexos fosforilantes, ATP sintase, res-
ponsável pela produção de ATP. 
Estes consistem em várias subunidades de proteínas, conhecidas coletiva-
mente como F1, que se projetam na matriz e que contêm o mecanismo de fosforilação. 
Essas subunidades estão ligadas a um complexo de proteínas de membrana conhe-
cido como F0, que também consiste em várias subunidades de proteínas. F0 atra-
vessa a membrana e forma o canal de prótons. 
O fluxo de prótons através de F0 faz com que ele gire, conduzindo a produção 
de ATP no complexo F1. As estimativas sugerem que para cada NADH oxidado, o 
complexo I transloca quatro prótons e os complexos III e IV translocam 6 entre eles. 
 
A TEORIA QUIMIOSMÓTICA PODE SER RESPONSÁVEL PELO CONTROLE RES-
PIRATÓRIO E PELA AÇÃO DOS DESACOPLADORES 
A diferença de potencial eletroquímico através da membrana, uma vez estabe-
lecida como resultado da translocação de prótons, inibe o transporte adicional de equi-
valentes redutores através da cadeia respiratória, a menos que seja descarregado por 
 
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retrotranslocação de prótons através da membrana através da ATP sintase vetorial. 
Isso, por sua vez, depende da disponibilidade de ADP e Pi. 
Os desacopladores (por exemplo, dinitrofenol) são anfipáticos e aumentam a 
permeabilidade da membrana mitocondrial interna lipoide aos prótons, reduzindo as-
sim o potencial eletroquímico e causando um curto-circuito na ATP sintase. Desta 
forma, a oxidação pode prosseguir sem fosforilação. 
 
IMPERMEABILIDADE DA MEMBRANA MITOCONDRIAL INTERNA 
A impermeabilidade relativa da membrana mitocondrial interna necessita de 
transportadores de troca. Sistemas de difusão de troca estão presentes na membrana 
para troca de ânions contra íons OH- e cátions contra íons H+. 
Esses sistemas são necessários para a captação e saída de metabólitos ioni-
zados, preservando o equilíbrio elétrico e osmótico. A membrana mitocondrial bilipóide 
interna é livremente permeável a pequenas moléculas não carregadas, como oxigê-
nio, água, CO2 e NH3, e a ácidos monocarboxílicos, como 3-hidroxibutírico, acetoacé-
tico e acético. Os ácidos graxos de cadeia longa são transportados para a mitocôndria 
através do sistema carnitina, e também há um transportador especial para o piruvato 
envolvendo um simporte que utiliza o gradiente de H+ de fora para dentro da mitocôn-
dria. 
No entanto, os ânions e aminoácidos dicarboxilato e tricarboxilato requerem um 
transportador específico ou sistemas de transporte para facilitar sua passagem atra-
vés da membrana. Os ácidos monocarboxílicos penetram mais facilmente em sua 
forma indissociada e mais solúvel em lipídios. O transporte dos ânions di- e tricarbo-
xilato está intimamente ligado ao do fosfato inorgânico, que penetra prontamente 
como o íon H2PO4- em troca do OH–. 
 
IONÓFOROS PERMITEM QUE CÁTIONS ESPECÍFICOS PENETREM NAS MEM-
BRANAS 
Ionóforos são moléculas lipofílicas que complexam cátions específicos e facili-
tam seu transporte através de membranas biológicas, por exemplo, valinomicina (K+). 
Os desacopladores clássicos como o dinitrofenol são, na verdade, ionóforos de pró-
tons. 
 
 
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UMA TRANSIDROGENASE DE TRANSLOCAÇÃO DE PRÓTONS É UMA FONTE 
DE NADPH INTRAMITOCHON-DRIAL 
A transidrogenase ligada à energia, uma proteína na membrana mitocondrial 
interna, acopla a passagem de prótons no gradiente eletroquímico de fora para dentro 
da mitocôndria com a transferência de H de NADH intramitocondrial para NADPH para 
enzimas intramitocondriais,como glutamato desidrogenase e hidroxilases envolvidas 
em esteroides síntese. 
 
A OXIDAÇÃO DO NADH EXTRAMITOCONDRIAL É MEDIADA POR TRANSPOR-
TADOR DE SUBSTRATO 
O NADH não consegue penetrar na membrana mitocondrial, mas é produzido 
continuamente no citosol pela 3-fosfogliceraldeído desidrogenase, uma enzima da se-
quência da glicólise. No entanto, em condições aeróbias, o NADH extramitocondrial 
não se acumula e presume-se que seja oxidado pela cadeia respiratória na mitocôn-
dria. A transferência de equivalentes redutores através da membrana mitocondrial re-
quer pares de substratos, ligados por desidrogenases adequada em cada lado da 
membrana mitocondrial. 
O mecanismo de transferência usa a lançadeira de glicerofosfato. Uma vez que 
a enzima mitocondrial está ligada à cadeia respiratória por meio de uma flavoproteína 
em vez de NAD, apenas 1,5 mol em vez de 2,5 mol de ATP são formados por átomo 
de oxigênio consumido. Embora essa lançadeira esteja presente em alguns tecidos 
(por exemplo, cérebro, músculo branco), em outros (por exemplo, músculo cardíaco) 
ela é deficiente. Portanto, acredita-se que o sistema de transporte de malato é de 
utilidade mais universal. 
A complexidade desse sistema se deve à impermeabilidade da membrana mi-
tocondrial ao oxaloacetato, que deve reagir com o glutamato e transamine para as-
partato e α-cetoglutarato antes do transporte através da membrana mitocondrial e re-
constituição para oxaloacetato no citosol. 
 
O TRANSPORTE DE ÍONS NA MITOCÔNDRIA É LIGADO À ENERGIA 
As mitocôndrias mantêm ou acumulam cátions como K+, Na+, Ca2+ e Mg2+ e Pi. 
Presume-se que uma bomba de prótons primária conduza a troca catiônica. 
 
 
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O LANÇADOR DE FOSFATO DE CREATINA FACILITA O TRANSPORTE DE FOS-
FATO DE ALTA ENERGIA DA MITOCÔNDRIA 
O lançador de fosfato de creatina aumenta as funções do fosfato de creatina 
como um tampão de energia, agindo como um sistema dinâmico para a transferência 
de fosfato de alta energia da mitocôndria em tecidos ativos, como coração e músculo 
esquelético. 
Uma isoenzima da creatina quinase é encontrada no espaço intermembranar 
mitocondrial, catalisando a transferência de fosfato de alta energia para a creatina a 
partir do ATP que emerge do transportador de nucleotídeo de adenina. Por sua vez, 
o fosfato de creatina é transportado para o citosol por meio de poros protéicos na 
membrana mitocondrial externa, tornando-se disponível para geração de ATP extra-
mitocondrial. 
 
APRIMORANDO CONCEITOS 
Eu li, agora vou fixar. 
 
Após a leitura, retire do texto as informações mais importantes. 
 
Esse é o seu RESUMO das ideias principais. 
PARA CONTINUAR SEUS ESTUDOS, POSTE NO ITEM “APRIMORANDO 
CONCEITOS – RESUMO 7”. 
 
BIBLIOGRAFIA 
LEHNINGER, T. M., NELSON, D. L. & COX, M. M. Princípios de Bioquímica. 6ª Edição. Ed. 
Artmed. 2014. 
BIOCHEMISTRY. BIOLOGICAL OXIDATION, ELECTRON TRANSFER CHAIN AND 
OXIDATIVE PHOSPHORYLATION. 9. Disponível em:. Acessado em 
18/06/2021.