Transporte de Elétrons e Fosforilação Oxidativa

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Transporte de Elétrons e 
Fosforilaçào Oxidativa
Prof. Jonas Contiero - 2006
Enzimas envolvidas na geração de 
10 NADH e 2 FADH2
Na glicólise: gliceraldeido-3-
fosfato-desidrogenase,piruvato 
desidrogenase
No Ciclo do àcido Cítrico:
isocitrato desidrogenase, α-
cetoglutarato-
desidrogenase,succinato-
desidrogenase, malato 
desidrogenase
Sítios de transferências de 
elétrons que formam o 
NADH e o FADH2 n
aglicólise e ciclo do àcido
Cítrico
Teoria Quimiosmótica
• Transporte de Elétron: Elétrons são
transportados pelas coenzimas reduzidas, passam
através de uma cadeia de proteínas e coenzimas, 
sendo destinados a geração de um gradiente de 
próton através da membrana mitocondrial interna
• Fosforilação oxidativa: o gradiente de prótons
corre contra corrente, se dirigindo a síntese de 
ATP 
• Transporte de elétrons está acoplado com a 
fosforilação oxidativa
• Isso tudo acontece na membrana mitocondrial
interna
Membrana externa – É permeável a 
pequenas moléculas e íons. Contém
porinas que permite moléculas de 
até 10,000 daltons
Membrana interna – rica em 
proteína (4:1 proteína
:lipídeo). Impermeável a maioria
das moléculas e pequenos ions. 
Contém ETR (complexos I-IV), ATP 
sintase, ADP-ATP translocases
transportadores.
Crista – estrutura da membrana interna altamente compactada. 
Aumenta área de superfície.
Matriz- “citosol” da mitocôndria. Rica em proteína (500 mg/ml) 
Contém enzimas do ciclo TCA, piruvato desidrogenase, gorduras
e vias p/ β-oxidação e enzimas para oxidação de aminoácidos, 
DNA, ribossomos,ATP,ADP,Pi,Mg2+,Ca2+,K+, outros
intermediários
Espaço Intermembrana – composição similar ao citosol
Transporte de Elétrons
• Composto de 4 complexos de proteínas
na membrana mitocondrial interna 
• Uma coenzima lipídica solúvel, 
Ubiquinona (UQ, CoQ) e uma proteína
solúvel (cit c) movendo-se entre
proteínas comple-xas
• Geralmente Elétrons tem queda na
energia através da cadeia - de 
complexos I e II para complexo IV 
Movimento dos Carregadores de 
Elétrons para Mitocôndria
• A membrana interna mitocondrial é 
impermeável a NADH. 
• Elétrons carregados pelo NADH que são
originados no citoplasma (tais como na
glicólise) podem se mover dentro da
matriz mitocondrial, antes de entrarem
na ETS
Via dos elétrons do NADH, succinato,
acil-CoA graxo e glicerol-3-fosfato 
até a ubquinona Plastoquinona (cloroplasto-Plantas) Menaquinona - bactéria
1 elétron
2 elétrons
Complexo I
• NADH-CoQ Redutase 
• Elétrons são transferidos do NADH para CoQ 
• Mais de 30 subunidades proteína - massa de 850 
kD
• 1º passo é a transferência de 2 e- do NADH p/ 
FMN
• 4 H+ transportados da matriz para o espaço
intermembranoso (fica carregado) 
• NADH + 5HN+ + Q → NAD+ + QH2 + 4HP+
NADH + H+ CoQFMN Fe2+S
NAD+ CoQH2FMNH2 Fe3+S
NADH:ubiquinona 
oxidorredutase – Complexo I
Dois processos acoplados: 1. Transferência deum 
ion hidreto do NADH p/ubiquinona e um próton da 
matriz. 2. Transferência endergônica de quatro
protons da matriz p/espaço intermembranoso
Fe-S→ubiquinona inibido 
por Amital,rotenona e
piericidina
Complexo II
• Succinato-CoQ Redutase 
• succinato desidrogenase (do ciclo TCA, única enzima
ligada à membrana) 
• 4 subunidades
• Duas subunidades maiores contém 2 proteínas Fe-S
• Outras subunidades envolvidas na ligação succinato
desidrogenase a membrana e passando e- para
Ubiquinona
• FAD recebe 2 e- e então através dos centros Fe-S 
para ubiquinona 
• Nenhum próton é bombeado neste passo
Succinate FAD Fe2+S CoQ
Fumarate FADH2 Fe3+S CoQH2
Complexo III
• CoQ-Citocromo c oxidorredutase 
• CoQ doa elétrons para cit c (e bombeia H+) em um 
único ciclo redox conhecido como o ciclo Q 
• Citocromos, como Fe em centros Fe-S, são os únicos
agentes de transferência de elétrons 
• cit c é um carregador de elétrons solúvel em água
• 4 prótons bombeados p/ fora da mitocôndria (2 oriundo
de UQH2)
CoQH2 cyt b ox Fe2+S cyt c1 ox cyt c red
CoQ cyt b red Fe3+S cyt c1 red cyt c ox
Ciclo-Q
UQ
UQ.-
UQH2
• Transferência de 2 e-
transportados por ubiquinona
(QH2) p/ Complexo III
• Tbém ocorre a transferência
de 4 prótons para fora da
mitocôndria no Complexo III
• Mixotiazol (antifúngico) inibe
transferência de elétrons da
UQH2 e Complexo III.
• O efeito global da
transferência: QH2 é oxidado
a Q e duas moléculas de 
citocromo c são reduzidas
Ciclo Q – caminho dos eletrons através do complexo III
Complexo III- complexo do
citocromo bc1
Complexo IV
• Citocromo c Oxidase 
• Elétrons do cit c são usados na redução de 4 
elétrons de O2 p/ produzir 2H2O 
• Oxigênio é então o aceptor final de elétrons na
via de transporte de elétrons
• Citocrome c oxidase utilizam 2 hemes (a e a3) e 
2 sítios cobre 
• Complexo IV também transporta H+ (2 prótons)
cyt c red cyt a ox cyt a3 red O2
cyt c ox cyt a red cyt a3 ox 2 H2O
Caminho dos 
elétrons no 
complexo IV
Resumo do fluxo de elétrons e prótons 
através dos quatros complexos
Potenciais de Redução
• Altos Eo' indicam uma forte tendência para sofrer
redução 
• Equação Crucial: ∆Go' = -nF ∆Eo' 
• ∆Eo' = Eo'(aceptor) - Eo'(doador) 
• NADH + ½ O2 + H+ Æ NAD++ H+ + H2O
NAD++ H+ + 2e-Æ NADH Eo’ = -0.32
½ O2 + 2e- + 2H+ Æ H2O Eo’ = 0.816
∆Go‘= -nF(Eo'(O2) - Eo'(NADH)) 
∆Go‘= -nF(0.82 –(-0.32)) = -nF(1.14) 
= -2(96.5 kJ mol-1V-1)(1.136) = -220 kJ mol-1
Potenciais de redução padrão
dos principais transportadores
de elétrons na respiração.
Força próton 
motriz
Carregadores de elétrons da membrana interna da 
mitocôndria das plantas
Transporte de Elétrons é 
acoplado a foforilação oxidativa
Modelo Quimiosmótico
Movimento do Glicerol
fosfato
Sistema de deslocamento do
malato/aspartato
Inibidores da Fosforilação
Oxidativa
• Rotenona inibe Complexo I - e auxilia nativos da
Floresta Amazônica pegar peixes! 
• Cianeto, azida e CO inibem Complexo IV, 
ligando-se firmemente a forma férrica (Fe3+) de 
a3
• Oligomicina e DCCD (diciclohexilcarodiimida) são
inibidores da ATP sintetase
Desacopladores
• Desacopladores rompem o forte acoplamento
entre transporte de elétrons e a fosforilação
oxidativa dissipando o gradiente de prótons 
• Desacopladores são moléculas hidrofóbicas com 
próton dissociável 
• Eles fazem movimento inverso, através da
membrana, carregando prótons para dissipar o 
gradiente 
• Sem fosforilação oxidativa energia é dissipada
como calor
• Dinitrofenol uma vez utilizado como droga em 
dietas, fez com que pessoas alcançassem
temperatura de 107oF
O2N OH
NO2 H
O2N O
NO2
Variação no mecanismo de ligação
• ADP + Pi <-> ATP + H2O 
• No sítio catalítico Keq = 1
• A formação de ATP é um passso fácil
• Mas uma vez formado, ATP liga-se 
fortemente ao sítio catalítico (constante
de ligação = 10-12M)
• Proton induz variação na conformação
dimuindo afinidade do sítio ativo pelo ATP 
(constante de ligação = 10-5)
Variação do mecanismo de ligação
• Os três sítios catalíticos possuem 3 diferentes
conformação
• Variação na conformação devido ao influxo de prótons
• ADP + Pi ligam-se para abrir o sítio em troca de 
liberação de ATP 
• Proton dirige a variação conformacional (perda do sitio) 
causando uma ligaçao mais forte do substrato
• ATP é formado.
• Requerimento do influxo de três protons para um ATP 
Transporte Ativo de ATP, ADP e 
Pi através da Membrana Interna
Mitocondrial
• ATP é sintetizado na matriz
• É necessário sua exportação p/ uso
em outros compartimentos celulares
• ADP e Pi podem ser importados p/ 
dentro da matriz do citosol mais do 
que o ATP pode ser produzido.
• Requer o uso de transportadores
Transportede ATP, ADP e Pi
• Translocação do nucleotídeo Adenina = antiporte de 
ADP/ATP. 
• Troca de ATP por ADP causa uma mudança no ∆Ψ devido
a exportação em rede de carga –1
• Pouco da energia gerada do gradiente de próton (MFP) é 
usada aqui.
• Pi é importado p/ dentro da matriz com um próton usando
um simporte.
• Por causa da carga negativa do fosfato ser cancelada
pela carga positiva no próton não há efeito no ∆Ψ, mas
efeitos no ∆pH e portanto na MFP.
Transporte de ATP, ADP e Pi
• Influxo de 3 prótons requerido pela ATPase p/ 
formar 1 molécula de ATP.
• Necessita do influxo de um total de 4 prótons
p/ cada ATP sintetizado.
Razão P/O
• A razão de ATPs formados por oxigênios
reduzidos
• Cadeia de transporte de e- rende 10 H+
bombeado para fora por par de elétron oriundo 
de NADH e enviado ao oxigênio 
• Fluxo inverso de 4 H+ p/ dentro da matriz por
ATP que se dirige ao citosol 
• 10/4 = 2.5 por elétrons entrando como NADH 
• P/ elétrons entrando como succinato (FADH2), 
cerca de 6 H+ bombeados por par de elétron a 
oxigênio 
• 6/4 = 1.5 por elétrons entrando como succinato
Regulação da Fosforilação
Oxidativa
• ADP é requerido p/ respiração (consumo de 
oxigênio através ETC) ocorrer.
• A baixos níveis de ADP a fosforilação oxidativa
é baixa.
• Níveis de ADP refletem taxa de consumo de 
ATP e estado de energia da célula.
• Razões Intramoleculares de ATP/ADP tbém são
importantes. 
• Altos níveis de ATP/ADP, ATP age como um 
inibidor alostérico p/ Complexo IV (citocromo
oxidase)
• Inibição é revertida pelo aumento nos níveis de 
ADP.
Desacopladores Fisológicos
• Desacopladores da CTE Fos-Ox ocorrem
em animais como um meio de produzir
calor.
• Importante na hibernação de mamíferos, 
animais recém nascidos e mamíferos
adaptados ao frio
• Ocorrem nos tecidos adiposos marrons
(ricos na mitocôndria)
• Proteína Desacopladora (UCP) = canal p/ 
influxo de prótons p/ matriz (dissipa o 
gradiente de próton)
Desacopladores em Plantas
• Plantas geram calor durante
amadurecimento dos frutos e emitem
odores p/ ataque polinizadores.
• Plantas podem pela passagem normal de 
ATP gerar CTE
• CTE alternativa em plantas não faz
bombeamento de prótons, apenas
transfere elétrons.
• Todas as plantas possuem esta via, razão
fisiológica atual não conhecida
	Transporte de Elétrons
	Movimento dos Carregadores de Elétrons para Mitocôndria
	Ciclo-Q
	Potenciais de redução padrão dos principais transportadores de elétrons na respiração.
	Transporte de Elétrons é acoplado a foforilação oxidativa
	Movimento do Glicerol fosfato
	Sistema de deslocamento do malato/aspartato