Cadeia transportadora de elétrons

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Cadeia transportadora de elétrons (Fosforilação oxidativa)
É o destino final do catabolismo de açúcares e de várias outras moléculas (lipídeos, aminoácidos) que vão convergir para essa via com intuito de formar bastante ATP. As moléculas de ATP estão sendo continuamente recicladas, ou seja, ao mesmo tempo em que está sendo consumido tem que estar sendo formado, por isso existe mecanismos no organismo que são responsáveis por isso. A cadeia transportadora de elétrons ocorre nas mitocôndrias e nos organismos fotossintetizantes ocorre dentro dos cloroplastos.
O nome fosforilação oxidativa indica que alguma molécula vai estar perdendo seu grupamento fosfato, enquanto outra estará recebendo-o. Já em relação ao termo “oxidativa” isso indica que estará ocorrendo reações de oxidação e redução, mas não necessariamente envolvendo oxigênio no processo. Quando ocorre a fosforilação oxidativa estará sendo formado ATP dentro da célula que será dependente de reações de oxidação e redução, que neste caso, ocorrerá a participação do oxigênio como aceptor final desses elétrons, onde o mesmo será reduzido no final do processo. Então, para ocorrer esse processo, sempre estará acontecendo transferência de elétrons, especificamente nessas organelas. Essas organelas possuem características morfológicas específicas para permitir que essas reações ocorram e a fosforilação oxidativa aconteça para formar ATP. 
Na fosforilação a nível do substrato, uma molécula possui seu grupamento fosfato e o mesmo é transferido para uma molécula de ADP para formar ATP, mas nesse caso não tem reação de oxirredução envolvida, ou seja, só ocorre reações de transferência mesmo, resultando em um rendimento muito mais baixo de ATP. 
No caso do cloroplasto e mitocôndria ambos vão ter uma sequência de reações de oxirredução que serão importantes para transferir esses elétrons para formar ATP. No caso do cloroplasto, a energia necessária para formar o ATP é oriunda da luz. No caso da mitocôndria, a energia vem dos alimentos, ou seja, da oxidação dos componentes dos alimentos, como no caso da oxidação da glicose, a energia química formada virá da oxidação da mesma. 
As coenzimas auxiliam no funcionamento das enzimas. Um exemplo de coenzima é o NAD e ele interage com algumas enzimas, justamente, para permitir que essas enzimas desencadeiem (catalisem) reações de oxirredução, ou seja, ele é reduzido e oxidado. As enzimas que promovem essas reações de oxirredução são as desidrogenases, ou seja, nos pontos onde ocorria formação de NADH, tinha uma desidrogenase catalisando a etapa. As desidrogenases são importantes nas reações de oxirredução e na formação de coenzimas reduzidas. O destino do NADH será importante nas reações de transferência de elétrons. No processo de respiração celular ocorrerão essas reações, onde moléculas doarão elétrons e outras vão receber os mesmos. A capacidade com que uma molécula doa ou recebe elétrons depende do seu potencial de redução. A transferência de elétrons na cadeia respiratória tem haver com a tendência de várias proteinas que estão associadas na membrana da mitocôndria a ganhar ou perder elétrons. 
As coenzimas reduzidas serão importantes para transferir os elétrons na cadeia transportadora de elétrons e promover uma grande síntese de ATP. Na presença de oxigênio a reoxidação dessas coenzimas reduzidas ocorrerão na própria cadeia transportadora de elétrons. 
A fosforilação oxidativa só ocorre quando a mitocôndria está integra, pois se a mesma estiver lisada o processo não acontece. Quando ela está sendo lisada e consequentemente não deixando mais ocorrer fosforilação oxidativa, isso indica que tem algum componente na mitocôndria, que precisa estar integro, para que o processo continue acontecendo. A mitocôndria, morfologicamente, tem uma estrutura muito especial, que é a presença das cristas mitocondriais, que são invaginações de uma membrana interna. Ela tem uma característica bem importante que é possuir uma membrana interna e outra externa, que são de suma importância para que o processo de fosforilação oxidativa aconteça. Ela possui a membrana externa que é permeável a pequenas moléculas (íons, prótons, água), pois existem canais que permitem que tais moléculas sejam permeadas, através de um gradiente de concentração. No entanto, a membrana interna é impermeável a muitas moléculas, inclusive as pequenas e a prótons. Existem então nessas membranas internas uma série de proteinas que são responsáveis pela passagem dos elétrons e sua transferência para formar o ATP, ou seja, esses complexos enzimáticos são importantes para que o fluxo de elétrons continue e ATP seja formado. O conteúdo presente dentro da mitocôndria é bem diferente do externo. Dentro da membrana interna é como se fosse o citoplasma da mesma que é chamado de matriz mitocondrial. Essas membranas serão importantes para formação do gradiente de prótons que está diretamente relacionado com a formação de ATP. Quanto mais invaginações estiver no interior da mitocôndria maior a necessidade de ATP, indicando uma demanda energética maior. 
Existem 3 tipos de transf de elétrons que são:
Transferência direta – É o que acontece na oxidação do ferro.
Transf de elétrons com o átomo de H – próton mais um elétron.
Transf de elétrons como íon hidreto – Quando tem o átomo de H mais um elétron. 
Existem transportadores para esses elétrons que não são somente NAD e FAD, mas tb existem outras moléculas capazes de sofrer oxidação e redução, que vão participar dessa transf de elétrons. Existe uma outra coenzima associada a uma desidrogenase que é a FMN, também existe a ubiquinona, citocromos e as ptns ferro-enxofre. 
NAD+ e NADP+ → São moléculas capazes de sofrer reações de oxirredução pq elas podem ganhar seus elétrons, através da formação de hidreto onde se tem um H mais 2 elétrons, ou seja, vai ganhar um elétron e se reduzir e terá mais um H+. 
FMN- Estrutura bem similar ao do FAD. 
FAD- Possui uma característica importante, tanto de ganhar esses dois prótons como ganhar um só e também pode ganhar um elétron e um próton, podendo formar moléculas de FADH ou FADH2. 
Ubiquinona – Possui uma estrutura importante, pois ela possui uma parte na estrutura dela que é capaz de sofrer oxirredução, ou seja, é capaz de formar uma semiquinona (quando ganha um próton + 1 elétron) e pode ganhar mais 1 próton e elétron para formar a ubiquinona. Quando ela está oxidada é chamada de ubiquinona e quando está completamente reduzida ubiquinol. Ela possui tb uma região longa composta por 10 carbonos que é apolar que será importante para que a ubiquinona seja capaz de interagir com a membrana da mitocôndria. Ela será importante pq ela é capaz de doar um elétron de cada vez para moléculas aceptoras de um elétron por vez. Por conta de sua estrutura, ela consegue interagir com a membrana e navegar pela mesma, devido ser uma molécula bem pequena, por isso ela é importante para conectar complexos dentro da membrana interna. 
Citocromos (existem o a, b e c) – São moléculas que possuem no seu interior um grupamento heme e a maneira que ele está ligado nessa parte proteica vai variar e fazer com que tenha a facilidade de se ter a, b e c. Por conta do grupamento heme terá absorção da luz, átomo de Fe capaz de doar e receber elétrons, e no caso do a e b, fará parte de ptns integrais da membrana, enquanto na parte é uma molécula que está associada a uma membrana e mas ela é móvel, ou seja, não está integrada a membrana e está se movimentando por cima da membrana através de interações eletrostáticas. 
Ptns ferro-enxofre – O Fe está associado a essas ptns mas não através do grupamento heme, e sim através do enxofre, formando as cisteínas. Esse Fe tb pode estar associado a resíduos de histidina. Essa ptn só conseguirá catalisar uma reação de oxirredução devido ter na sua composição átomos de Fe. Se eu tenho 4 ferros na ptn os mesmos terão potenciais de redução diferentes dependo do que ele está associado, por isso os elétrons conseguirão fluir dentro dessa ptn, sendo transferidos
por diferentes átomos. 
- Todas essas ptns estão associados na membrana interna da mitocôndria e farão parte do complexo que irá conduzir os elétrons na cadeia transportadora de elétrons. 
- Na membrana interna existem 5 complexos de ptns que serão responsáveis pela tranf de elétrons e pela formação de ATP. Então, transportadores de elétrons, serão complexos 1,2, 3 e 4. O complexo 5 não é responsável por transferir elétrons, mas ele que sintetiza ATP, onde a ATP sintase está aderida.
Para tranf de elétrons existem 4 complexos que são capazes de doar e receber elétrons. 
Complexo 1: NADH desidrogenase. Neste complexo NADH transfere elétrons para coenzima Q. Existem várias ptns, que são os grupos prostéticos, FMN e Fe-S, que irão receber e transferir esses elétrons. 
Complexo 2: Succinato desidrogenase (está na membrana interna da mitocôndria). Tem grupos prostéticos FAD e Fe-S que serão responsáveis por transferir esses elétrons. 
Complexo 3: Ubiquinona, citrocromo c e oxirredutase. Tem citocromo c participando da reação de oxirredução, assim como ubiquinona participando dessa transf de elétrons. Nesse complexo tem o grupo heme e Fe-S participando da tranf de elétrons.
Complexo 4: Citocromo oxidadase. O citocromo será oxidado. Nesse complexo tem grupamento heme e Cu participando de reação de oxirredução. 
- Nessa ordem que ocorre a reação de transf de elétrons. Os elétrons vão fluir nessa ordem, em direção aos maiores pontenciais de redução dos complexos. Eles fluirão até o aceptor final que é o oxigênio, ou seja, ele tem que estar presente para que haja o fluxo de elétrons. Para descobrir a ordem desses complexos tb foram utilizadas moléculas inibidoras que controlavam a ordem desse processo. A rotenona, por exemplo, é um inibidor do complexo I, ou seja, se ela estiver inibindo neste complexo, após ele estará ocorrendo oxidação nos demais complexos. O cianeto inibe no complexo 4. Neste caso, quando está presente um inibidor, o fluxo de elétrons fica cessado, pois os elétrons ficam presos no complexo onde está a molécula inibidora e consequentemente o O2 não será o aceptor final de elétrons, não reduzindo e não formando água. O tempo inteiro os elétrons devem estar fluindo por essas moléculas para que, por exemplo, o NADH seja continuamente reoxidado e participar de outras reações. Esse fluxo tem que ocorrer continuamente para que o tempo inteiro o ATP seja reciclado, ou seja, se ficar engarrafado esse fluxo não ocorrerá, prejudicando a formação de ATP. Esses inibidores afetam diretamente a viabilidade das células. Cada uma das reações tem um ∆G associado, ou seja, cada uma vai liberar uma quantidade de energia e essa liberação de energia vai ser importante para bombear prótons de dentro para fora da mitocôndria e a formação do gradiente será importante para síntese de ATP. 
Como os elétrons vão sendo transferidos entre os complexos?
No caso do complexo 1, os elétrons estão sendo transferidos para a molécula de NADH, e posteriormente são transferidos para a ubiquinona. A ubiquinona é pequena e tem uma cauda apolar, então, ela consegue caminhar pela membrana. Embora o complexo 1 seja formado por ptns integrais na membrana, que estão paradas de acordo com a fluidez da membrana, ela terá grande importância, visto que essa coenzima desempenha um papel importante de transf elétrons do complexo 1 para o 3. No complexo 3, os elétrons serão transf para o citocromo c, que é uma molécula que está associada a parte externa da membrana interna, tb consegue caminhar pela membrana, mas através de interações eletrostáticas, diferente da ubiquinona que faz interações hidrofóbicas com a membrana. O citocromo c tb consegue viajar pela membrana, e aí vai transf esses elétrons do complexo 3 para o 4. 
No complexo 4 é onde tem o aceptor final de elétrons, que no caso é o oxigênio, que vai estar ali capturando os elétrons que passaram pelos complexos anteriores e formarão água. Além disso, ainda tem o complexo 2, que é o da succinato desidrogenase, a qual transfere elétrons para a molécula de FAD, então, o FADH2 vai transf elétrons para o complexo 2, e o mesmo vai transf elétrons para a ubiquinona, depois será transf para o 3 e do 3 para o citocromo c e do citocromo c para o 4. 
No complexo 1, 3 e 4, a passagem dos elétrons faz com que haja bombeamento de prótons, da parte de dentro da matriz para o espaço inter membrana, ou seja, se ocorre um bombeamento isso significa que não é um canal e que esta bomba movimenta estes prótons contra um gradiente de concentração e para isso ocorre um gasto de energia. Muitas das vezes essas bombas funcionam com a energia fornecida pelo transf dos elétrons e não por moléculas de ATP. 
No complexo 1, onde existem várias cadeias polipeptídicas, centros Fe-S, grupos heme, que serão responsáveis por receber esses elétrons, então cada um desses centros tem um potencial de redução, onde os elétrons passarão da molécula de NAD para esse complexo, através destes centros, até que esses elétrons são transf para a ubiquinona. Os dois elétrons que vieram do NADH (2 elétrons + 1 próton), serão transf para a ubiquinona, e ela pegará esses 2 elétrons e terá que pegar 2 prótons que está na matriz e aí será formado o ubiquinol (ubiquinona completamente reduzida). Nesse caso, por conta dessa transf de 2 elétrons, ocorrerá modificações conformacionais nesse complexo 1 e fazem com que 4 prótons (H+) saiam da matriz e vão para o espaço inter membrana. Foi visto que para cada 2 elétrons que chegam na ubiquinona ocorre um bombeamento de 4H+. Então, existem dois prótons que saem da matriz para o espaço inter membrana e dois que são bombeados para este espaço, devido a ubiquinona receber dois elétrons e formar ubiquinol, ou seja, no final são bombeados 4H+ para o espaço inter membrana. Com isso, o NADH que antes estava reduzindo passa a oxidar e o NAD+ ficará disponível para participar de uma outra reação que envolva alguma desidrogenase. 
Após a ubiquinona receber seus elétrons, ela ficará solúvel na membrana e poderá caminhar pela mesma e vai entregar esses elétrons para o complexo 3. Cada complexo tem um ∆G associado, ou seja, a transf de elétrons envolvida em cada um vai demandar uma determinada liberação de energia que fará com que haja um bombeamento de prótons para o espaço inter membrana. 
No complexo 2 não tem um bombeamento, ou seja, a estrutura dele não é capaz de sofrer uma mudança conformacional para capacitar um bombeamento para o espaço inter membrana. Nesse complexo está presente a succinato desidrogenase, que é a única que está associada a membrana e as demais se encontram na matriz. Essa enzima transforma succinato em fumarato e vai ocorrer transf de elétrons para molécula de FAD, formando o FADH2 e esse FADH2 vai transf esses elétrons para os grupamentos Fe-S que estão presentes nesse complexo, um de cada vez, pois o Fe não consegue receber e doar mais de um elétron. Esses 2 elétrons fornecidos pelo FAD serão transf para a ubiquinona e formarão o ubiquinol. Neste caso, no complexo 2 tb haverá formação de ubiquinol, mas não ocorrerá bombeamento de prótons. Uma informação interessante é que ele tem um grupamento chamado de heme, e ele não está participando de reações de oxirredução, mas ele é importante para formação de espécies reativas de oxigênio. Então, esse é um ponto da cadeia respiratória, que o certo são esses elétrons irem para o ubiquinol e o errado é ele ir para o O2 e formar espécies reativas de O2, que acaba mudando a célula, pois acaba interagindo com o material genético da mesma e isso é ruim para ela. Existe uma mutação associada a esse grupamento heme, ou seja, se não tem o mesmo da maneira correta, ocorre maior formação de espécies reativas de O2 e essas espécies impedem o vazamento de elétrons, mantendo eles naquele espaço. 
A ubiquinona carregada formando o ubiquinol agora está solúvel na membrana e chega até o complexo 3. O ubiquinol no complexo 3 será oxidado e vai transf seus elétrons para o citocromo c que então será reduzido. Neste complexo existe
centros heme que vão receber esses elétrons, citocromo b e centros Fe-S, que vão transf esses elétrons. Esses elétrons que estão no complexo 3 serão transf para o citocromo c e o mesmo possui Fe em sua estrutura, onde cada Fe só recebe 1e- de cada vez e isso significa que os dois elétrons que chegaram do ubiquinol não poderão ser transf para o citocromo c, pois ele só irá receber um desses 2e- , indicando que serão necessários 2 citocromos c para o processo, onde cada e- chegará por vez em cada citocromo. O complexo 3 é fundamental para cadeia transportadora de e-, pois ele recebe elétrons tanto do FAD quanto do NAD. A ubiquinona é um importante carreador de elétrons, visto que ela conduz esses elétrons na cadeia e faz com que eles cheguem todos ao complexo 3. Por isso, se “engarrafar” no complexo 3 é bem ruim para o transporte de elétrons na cadeia e consequentemente para formação de ATP. 
Complexo 3 em dois momentos:
1º ) Elétrons transferidos para a ubiquinona formando ubiquinol e o ubiquinol transf o seus 2e-, um dos e- vai para o centro Fe-S e depois para o citocromo c, o qual só consegue receber 1e- por vez e vai receber este e- e ir para o complexo 4. O segundo e- vai para uma outra parte do complexo 3, onde possui outros centros que vão receber e-. Este seg e- é transf para uma ubiquinona formando uma semi quinona. Posteriormente, pode ter um outro ubiquinol chegando no complexo e 1e- será enviado para o citocromo c e o outro será entregue para uma semi quinona e agora a semi quinona forma o ubiquinol. No caso desse complexo 3 tb tem bombeamento de prótons da matriz para o espaço inter membrana, nesse caso, os prótons bombeados são os perdidos pelo ubiquinol, ou seja, a cada 2e- que chegam 2 prótons são levados para o espaço inter membrana. No complexo 3 tb ocorre o bombeamento de 4 prótons para o espaço inter membrana. 
Citocromo c reduzido, agora solúvel, vai caminhar pela membrana e chegar no complexo 4, ou seja, agora nesse complexo o citocromo c será oxidado. Neste complexo há centros heme e Cu, que vão transportar esses e- neste complexo e fornecer estes e- que vieram do citocromo c para a molécula de oxigênio, formando água. Neste complexo tb tem bombeamento de 4 prótons da matriz para o espaço inter membrana. Quando o Fe e o Cu são reduzidos a molécula de O2 interage com o Fe e isso faz com que seja formada uma ponte de peróxido entre Fe, oxig, oxig e o Cu. Posteriormente, essa ligação que foi formada, terá que ser desfeita, chegando um outro citocromo que vai desfazer a lig entre os oxig e chegando um e- pega-se um próton da membrana junto com o oxig. Agora chega um outro e- de um quarto citocromo e será pego mais um próton, e finalmente, o oxig será reduzido formando água. Para formar 2 moléculas de água teve que ter 4e- chegando a partir do citocromo, então, 4 citocromos serão reduzidos para poder reduzir a molécula de oxig e com isso formar duas moléculas de água. Com a passagem dos elétrons no complexo 4, haverá energia para bombear quatro prótons da matriz para o espaço inter membrana. 
Gradiente de prótons – Mais prótons no espaço inter membrana do que dentro. A energia para transferencia desses elétrons em cada um desses complexos vai ser importante para bombear estes prótons e formar o gradiente de concentração. Essas reações de oxirredução que ocorrem nos complexos são bem exergônicas, o que é uma característica bem interessante, pq a energia liberada é utilizada para o bombeamento de prótons, formação do gradiente de prótons e formar ATP.
Força proto motriz – Um gradiente eletroquímico sendo formado, pq a membrana interna é constituída por muitos elétrons enquanto o espaço inter membrana tem bastante prótons, ou seja, há uma diferença na conc de prótons. 
Pq a formação do gradiente eletroquímico é importante e oq tem haver com a síntese de ATP?
Modelo quimiosmótico: Um gradiente eletroquímico sendo formado através da cadeia respiratória transportadora de e- e consequente bombeamento de prótons. A formação do gradiente será importante pq energia será liberada e contida neste gradiente suficiente para sintetizar ATP. 
Como utilizar o potencial para formação de uma molécula química?
Existe o complexo de ptns chamado de ATP sintase que é onde acontece a síntese de ATP. Para juntar o gradiente eletroquímico com a síntese, provavelmente, o gradiente será formado e através da ATP sintase é formado um canal, onde esses prótons podem passar a favor do gradiente de concentração, ou seja, de onde eles estão mais concentrados para onde estão menos concentrados, sem gasto de energia. Com isso, será feito um potencial para fazer com que a síntese de ATP aconteça na ATP sintase. A energia contida neste gradiente eletroquímico exerce uma força proto motriz, ou seja, uma força desencadeada por uma conc diferente de prótons e que leva a síntese ATP. O transporte de e- está acoplado a síntese de ATP.
Quando é dado substrato para a cadeia transportadora de e- e para a ATP sintase a síntese de ATP aumenta. O consumo de oxig tb aumenta, pois os e- estão chegando na cadeia transportadora de e- e sendo transferidos para o oxig. 
Quando um inibidor é colocado no complexo 4 o consumo de oxig cessa, pois com a presença do inibidor, não tem transf de e-, oxig não é reduzido, não há formação de água e não há consumo de oxigênio. Se ocorre inibição no complexo 4, vai ser acumulado prótons no espaço inter membrana e não será mais possível bombear mais, pois a diferença de conc será tão grande, que não terá mais e- fluindo, pois será necessário muito mais energia para bombear e a respiração acabará sendo travada. A síntese de ATP tb para pq tanto a cadeia quanto a ATP sintase estão acopladas, ou seja, se a cadeia transportadora não funciona bem ou cessa o seu bombeamento de prótons, o ATP não será formado pq ele depende da energia liberada no bombeamento e do gradiente de conc. 
E se for inibida a ATP sintase? Poligomicina inibidor da ATP sintase. Ela inibe o fluxo a favor do gradiente de prótons. Se a ptn que forma o ATP é inibida não será mais formado ATP e o consumo de oxigênio cai, pq se não tem os prótons retornando eles irão acumular, ou seja, por mais que tenha e- chegando, se os prótons não estão retornando, vai acumular muito e não terá mais energia para superar essa diferença de conc. 
DNP é uma molécula desacopladora, ou seja, mesmo que não haja síntese de ATP, o oxig continua sendo formado, visto que a molécula desacoplou os dois processos. 
ATP sintase: É formada por 2 subunidades, uma chamada de fo e a outra de f1. A subunidade fo é parte inibida pela poligomicina. A parte fo é a que está voltada para dentro da membrana plasmática e a f1 está voltada para matriz da mitocôndria. Então, os prótons que estão no espaço inter membrana, eles passam por um canal dessa subunidade fo, que faz com que essa ptn gire. A f1 é formada por várias subunidades e é responsável pela síntese de ATP e na sua parte superior ela tem 3 subunidades alfa e beta. Essas subunidades interagem com um eixo, que é a subunidade gama. A subunidade beta é onde tem o sítio ativo para sintetizar ATP e alfa não faz a síntese de ATP. Subunidade gama interage uma vez com cada subunidade beta e quando ela interage com elas as mesmas adquirem uma conformação vazia, ou seja, ela não está nem ATP e ADP. O giro que a passagem dos prótons promovem em f0 e que faz com que a gama tb gire, fazendo ela interagir com as betas e promove uma mudança conformacional nessas unidades. 
O complexo 5 foi descrito pq a enzima ATP sintase possui uma capacidade ATP ase, onde a mesma é capaz de formar e clivar ATP. Quando ela está em solução ela faz atividade ATP ase pq é mais fácil clivar do que formar. Quando ela tá ligada na parte fo, é promovido um giro e este giro vai no sentido da síntese de ATP. Dentro do sítio ativo da enzima a formação de ATP é um processo reversível ∆G próximo de zero. 
O que acontece dentro da ATP sintase? A energia de ligação dentro do sítio ativo possui um ∆G menor, fazendo com a camada de solvatação
seja melhor e favoreça a formação do ATP. O mais difícil é liberar o ATP, pq em solução ele tem um G maior. A síntese só acontece porque é dento do sítio ativo da enzima!
Pq clivar ATP é energeticamente favorável? Diminuição de cargas negativas e quando ele é clivado, tanto o ADP e o Pi são melhores solvatados. 
- As coenzimas reduzidas (NADH e FADH2) tb podem ser produzidas através do metabolismo de lipídeos. 
O consumo de O2 está relacionado com o transporte de elétrons na membrana e acoplado a síntese de ATP, então, se a síntese de ATP parar, o transporte de elétrons é cessado. 
Complexo 5: Onde está a ATP sintase. A ATP sintase é formada pela subunidade fo e f1. A fo é onde os prótons passam e isso promove um giro que faz com que a subunidade gama interaja de maneira diferente com cada subunidade beta de cada vez. A subunidade beta da f1 é onde vai ocorrer a síntese de ATP. Essa ATP sintase ela foi caracterizada como ATP ase, pq ela é capaz de hidrolisar ATP e forma-lo e isso está diretamente relacionado com a estrutura da subunidade beta.
Pq a estrutura da subunidade beta está relacionada com a capacidade ATP ase da enzima ATP sintase?
Se medirmos o G da hidrólise do ATP em solução vamos ver que o mesmo atende as características de uma reação exergônica, termodinamicamente favorável e que libera energia, importante em diferentes momentos. A síntese do ATP na ATP sintase ocorre sem gasto de energia, pq isso está relacionado com a hidratação das moléculas. O ATP tem uma maior energia quando está em solução do que o ADP + Pi, pq quanto mais solvatado mais estável é o composto. Só que se mudarmos a solvatação do ATP a energia contida nessa molécula tb muda, e isso é o que acontece no sítio ativo da subunidade beta da ATP sintase, fazendo com que a energia do ATP torne-se bem parecida com a do ADP + Pi. Então, a barreira energética para ser rompida não será tão grande para formar ATP e não será necessário energia para formá-lo. 
- A ATP sintase foi caracterizada inicialmente como ATP ase, justamente, pq ela não tinha a subunidade fo, que é de suma importância para que haja o giro e as subunidades betas interajam com a gama individualmente e o ATP seja formado. Logo, como isso não ocorria, ela tinha que fazer o que era energeticamente favorável, que no caso era aumentar o grau de solvatação da molécula no sítio ativo da subunidade beta, para que fosse energeticamente favorável e semelhante a energia da molécula de ATP hidrolisada (ADP + Pi). 
O prótons vão retornar do espaço inter membrana através da subunidade fo. A subunidade gama quando interage com a beta promove mudança conformacional que é chamado de beta vazio, ou seja, o ATP consegue ser liberado sem ter nada nesta subunidade. Enquanto isso, uma mudança em uma cadeia, promove uma mudança no restante da cadeia e isso faz com que uma subunidade esteja beta ADP + Pi ligado nesta subunidade e a outra uma beta ATP, ou seja, a hidratação das moléculas foram alteradas para que o ATP fosse formado. Então, quando os prótons passam e giram a subunidade gama, ela vai interagindo com cada uma por vez e formando os beta vazio, fornecendo hidratação adequada e sintetizando ATP. Cada subunidade fica com uma função, onde, uma fica com ADP + Pi, a outra forma ATP e a outra libera-o. 
A subunidade gama interage com a primeira cadeia e forma a beta vazia liberando o ATP. Passando o próton, agora ela vai interagir com a que estava ligada ao ATP e virar beta vazia e liberar o ATP. Depois a que estava ADP + Pi, vira ATP e a que estava vazia pega ADP + Pi. É necessário a passagem de 3 prótons para que a passagem nestas subunidade tenha um ciclo completo. São necessários 3 prótons (H+) para uma subunidade liberar um ATP. 
Obs: Para que este giro da subunidade fo ocorra é necessário que um próton passe por ela, e para que isso aconteça, o mesmo deve difundir do espaço inter membrana para matriz. 
Fo – Nela está presente dois canais. Os prótons passam por esses canais a favor de um gradiente de concentração. 
Pq a subunidade fo gira e faz com que a gama gire e gere mudanças conformacionais?
- Nesta subunidade existe resíduos de ac aspártico, que é carregado negativamente e não consegue interagir com a membrana, no entanto, se estas cargas forem neutralizadas, há uma interação com a mesma e o canal permite a passagem de H+. As mudanças conformacionais que ocorrem na fo devem ser direcionadas para girar no sentido de síntese de ATP não de hidrólise. O ac aspártico deve estar protonado para interagir com a membrana e permitir o giro da fo. Quando a conc do próton é maior ele tende a ganhar o próton, quando é menor tende a ficar desprotonado. Quando o próton entra no canal, o ac aspártico tem que ser protonado, para que as cargas sejam neutralizadas e a fo gire. 
De onde vem o ADP + Pi para sintetizar ATP na ATP sintase? 
- O ATP consegue sair da mitocôndria através de um canal, ou seja, um transportador coloca o ATP para fora ao mesmo tempo que coloca ADP para dentro. Os fosfatos tb são transferidos para dentro da mitocôndria ao mesmo tempo que H+ é colocado para dentro, ou seja, tb existe um transportador que realiza este processo. Os prótons que passam pela fo tb passam por esse transportador que bota fosfato para dentro. Então, é necessário que 3 prótons sejam colocados para a matriz para formar o ATP e mais um próton para colocar o Pi para dentro. 
Obs: Complexo 1, 3 e 4 bombeiam prótons para o espaço inter membrana. 
Obs2: 10 prótons são bombeados a partir de 2e- do NADH. Destes 10 prótons, quatro serão utilizados para sintetizar ATP. Ou seja, a partir de 10 prótons bombeados eu consigo sintetizar 2,5 ATP. Por isso, que o rendimento energético do NADH é de 2,5 ATP. No caso do FADH2, para 2e- que vieram dele, uma quantidade menor de prótons é formada, equivalente a 6 prótons bombeados, ou seja, cada molécula de FADH2 forma 1,5 ATP. 10 NADH são formados o que equivale a uma quantidade de 25 ATP (2,5x10=25), 2 FADH2 são formados (1,5x2= 3) e mais os ATP formados a nível do substrato (4 ATP), totalizando um saldo final de 32 ATP sendo formados. 
Obs3: O próton quando passa pela fo ele pode ser reutilizado e bombeado novamente para o espaço inter membrana, para posteriormente ser bombeado de novo para matriz para sintetizar mais ATP. 
- Para os NADH entregarem seus elétrons, esta molécula não conseguirá passar livremente pela membrana da mitocôndria, entrar nela e entregar os e-. Para que esse NADH chegue é necessário ter um sistema de lançadeiras, ou seja, haverá a transf dos elétrons mas através de compostos que serão oxidados nos compartimentos, e aí sim esses compostos conseguirão atravessar a membrana e vão poder entregar os e- para moléculas de NAD dentro da mitocôndria e o NADH dentro da mitocôndria pode entregar seus e- para o complexo I. Um exemplo disso é a lançadeira malato aspartato, nesse caso oq acontece é que o NADH não passa pela membrana, mas o malato passa, e na membrana tem um transportador para malato que o coloca para dentro e ao mesmo tempo coloca alfa cetoglutarato para fora. 
Como formar este malato? Existe uma enzima que pega o oxaloacetato e NADH, transfere seus e- para o oxaloacetato e forma o malato, tudo acontecendo no citoplasma, com o NADH formado na glicólise. Malato entra e sofre ação de uma desidrogenase e forma oxaloacetato novamente e nisso será produzido NADH. O oxaloacetato pode sofrer ação de uma enzima para transforma-lo em aspartato e o aspartato sai com auxílio de um transportador. Aspartato fora de novo pode virar oxaloacetato novamente. Isso acontece no fígado, rim e coração.
No músculo esquelético do cérebro outra lançadeira é utilizada, que é a glicerol-3-fosfato desidrogenase. O glicerol- 3-fosfato quando sofre a ação da desidrogenase o FAD vai transferir seus elétrons e este FAD está associado a enzima, diferente do que está presente no complexo 2. E aí vai haver a transf de elétrons com um menor rendimento. Dependendo da lançadeira utilizada pode ser formado mais ATP ou menos. 
Como a fosforilação
oxidativa será controlada? Basicamente, pela concentração de ADP e ATP. A carga energética da célula vai modular se precisa sintetizar mais ATP ou não e se precisa transportar mais elétrons ou não. A quantidade de ATP na célula vai interferir na formação das coenzimas reduzidas e na quantidade que as mesmas precisam ser formadas, através da fosforilação oxidativa e da quantidade de elétrons necessária. Existem tb as moléculas inibidoras da fosforilação oxidativa.
Desacopladores da fosf oxidativa: Um deles é o DNP que promove o desacoplamento da cadeia transportadora e da ATP sintase. Este DNP como outros desacopladores são capazes de difundir pela membrana e transportar os prótons. Sendo assim, tendo mais prótons para dentro, moléculas são protonadas e o fato delas serem hidrofóbicas faz com que elas carreguem esses prótons do espaço inter membrana para matriz (onde está mais concentrado). Então, ao invés dos prótons bombeados passarem pela fo e fazerem com que tenha a síntese de ATP, esses prótons estão passando por essa outra molécula (DNP), ou seja, os prótons estão sendo vazados ou retornados não pela fo, mas por uma outra molécula que não está envolvida com as síntese de ATP. Quando este DNP está presente o consumo de oxig aumenta, pq o gradiente de prótons está sendo desfeito e o transporte de e- será intensificado, assim como o consumo de O2. Na verdade a formação do gradiente eletroquímico continuará sendo formado, ou seja, ainda haverá próton sendo bombeado para o espaço inter membrana para manter a diferença de concentração, porém estes prótons não passarão pela fo, não permitindo que a síntese ATP aconteça. 
Para transportar mais elétrons mais moléculas devem ser oxidadas. 
Obs: Muitos associavam a utilização dos desacopladores com a ideia de emagrecimento, mas isso acabava sendo nocivo para a saúde do indivíduo, pq esse processo não tem como ser controlado. 
- Vamos supor que a demanda energética de uma célula é 100 ATP por dia, então ela vai transportar os e- e bombear os prótons e eles vão retornar e formar a quantidade de ATP necessária. Então, se colocarmos um desacoplador, o gradiente será alterado, ou seja, se bombeava 10 prótons para formar 2,5 ATP, agora terá que ser bombeado mais para formar a mesma quantidade de ATP. Se tem que bombear + prótons, mais elétrons devem ser transportados na cadeia transportadora, que virão das coenzimas reduzidas. Para obter mais coenzimas reduzidas será necessário que haja oxidação das moléculas, como por exemplo as da reserva lipídica, que são oxidadas quando não se tem glicose disponível e com isso emagrecer. 
Se eu inibo a ATP sintase pq o consumo de oxigenio tambem para? Ao inibi-la os prótons vão se acumular no espaço inter membrana, a ponto de a energia necessária para superar a diferença de concentração não seja o suficiente para continuar bombeando prótons da matriz para o esp inter membrana, pois o fluxo de elétrons será cessado e não haverá mais energia suficiente para bombear prótons. Logo, o consumo de oxig será cessado, pq a cadeia foi travada, não transportando mais e- e não formando mais O2, por isso que os dois processos devem ser acoplados. Já quando eu adiciono um desacoplador eu tenho como desfazer o gradiente de prótons, então, a diferença de conc diminui e é possível bombear prótons para o espaço inter membrana mas os prótons não estão retornando para a ATP sintase, então, não está sendo sintetizado ATP. 
Existem desacopladores naturais que são ptns que desfazem o gradiente de prótons, pois elas formam um canal na membrana da mitocôndria que permite a livre passagem dos prótons sem eles passarem pela a ATP sintase. Ou seja, os prótons podem passar pela a ATP sintase mas tb podem passar por essa ptn desacopladora (UCP).