Fosforilação Oxidativa- Resumo

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Fosforilação Oxidativa
A fosforilação oxidativa e fotofosforilação são responsáveis pela maior parte do ATP sintetizado na maioria dos organismos.
A fosforilação oxidativa envolve a redução de O2 a H2O com elétrons doados por NADH e FADH2. 
As diferenças transmembranas na concentração de prótons são o reservatório para a energia extraída das reações de oxidação 
Reações de transferência de elétrons em mitocôndrias :
As mitocôndrias possuem duas membranas: a membrana mitocondrial interna e externa. A membrana externa: é permeável a moléculas e ions que se movem livremente atraves de proteínas integrais chamadas porinas.
membrana interna : Impermeavel a maioria das moléculas e ions. Nessa membrana que se aloja os compenentes da cadeia respiratória (complexo I-IV) e ATP-sintase, ADP-ATP translocase
Matriz mitocondrial : contem o complexo piruvato desidrogenase e as enzimas do ciclo do acido cítrico, a via de b oxidação de ácidos graxos e oxidação de aminoácidos, exceto glicólise 
Fosforilação oxidativa 
Começa com a entrada de elétrons . A maioria desses elétrons surge pela acao das desidrogenases que coletam elétrons das vias catabolicas e canaliam para NAD ou NADP ou FMN ou FAD.
Desidrogenases ligadas ao NAD removem dois átomos de hidrogênio de seus substratos. O NADH carrega elétrons das reações catabolicas ate seu ponto de entrada na cadeia respiratória. O NADPH supre elétrons para reações anabólicas. Nenhum desses aceptores pode atravessar a membrana interna, mas os elétrons podem ser lançados indiretamente.
Flavoproteinas : podem participar de transferência de um ou dois elétrons, servir como intermediarias de reações onde 2 eletrons podem ser doados e aquelas em que um eletron é cedido.
Ocorrem 3 tipos de transferências de elétrons na fosforilação : 
Transferência direta de elétrons com redução de Fe3 a Fe2
Transferencia na forma de um átomo de hidrogênio
Transferencia como ion hidreto
Moleculas carregadoras de elétrons na cadeia respiratória : 
NAD, flavoproteinas, ubiquinona, citocromos e proteínas ferro-enxofre.\
Ubiquinona : chamada de coenzima Q, é solúvel em lipídeos. Ela pode aceitar um eletron para se tornar o radical semiquinona ou dois elétrons para formar ubiquinol. É pequena e hidrofóbica, dessa forma entra na bicamada lipídica da membrana interna. Ela carrega tanto elétrons quantos prótons e acopla o fluxo de elétrons ao movimento de prontons.
Citocromos: São proteínas que absorvem luz visível devido ao seu grupo prostético heme contendo ferro. Existem três classes > a,b,c . Os citocromos a e b e alguns c são proteínas integrais de membrana da membrana interna. Uma exceção é o citocromo c das mitocôndrias.
Proteinas ferro-enxofre : O ferro não esta presente no heme, mas se encontra associado ao enxofre. Todas essas proteínas participam de transferência de um eletron onde um átomo de ferro do aglomerado ferro enxofre é oxidado ou reduzido.
→Na reação global da cadeia respiratória os elétrons se movem do NADH, succinato ou outro doador através de flavoproteinas, ubiquinona, proteínas fe-s e citocromos até o O2.
A ordem dos carregadores deduzidos é (Flui de potenciais de redução menores para maiores)
NAD > Q> citocromo b>citocromo c> citocromo a> O2. Tem outros métodos que verificam a ordem dos carregadores.
Os carregadores de elétrons atuam em complexos multienzimaticos :
Carregadores de elétrons são organizados em complexos inseridos dentro da membrana. Se tratar com detergente permite a separação de quatro complexos carregadores singulares.
Complexo I e II: catalisam a transferência de elétrons para a ubiquinona a partir de dois doadores NADH (complexo I) e succinato (complexo II).
Complexo III: carrega elétrons da ubiquinona reduzida para citocromo c
Complexo IV : transfere elétrons do citocromo c para o O2
Estrutura e função dos complexos :
Complexo I : NADH :ubiquinona-oxidorredutase ou NADH-desidrogenase :
Enzima grande, inclui flavoproteina contendo FMN e pelo menos seis centros ferro-enxofre.
Catalisa dois processos simultâneos e obrigatoriamente acoplados : transferência para a ubiquinona de um ion hidreto do NADH e de um próton da matriz :
NADH + H+ + Q → NAD + QH2
E a transferência de 4 protons da matriz para o espaço intermembrana.
É um complexo bombeador de prótons
Amital, rotenona e piericidina A inibem o fluxo de elétrons dos centros de ferro-enxofre do complexo I para a ubiquinona bloqueando a fosforilação. 
Complexo II: succinato a ubiquinona 
Menor e mais simples, ele contem cinco grupos prostéticos de dois tpos e quatro subunidades proteicas.
Humanos com mutações nas subunidades desse complexo perto do heme b ou do sitio de ligação da quinona sofrem de paraganglioma hereditaro, essas mutações resultam em maior produção de espécies reativas de oxigênio 
Complexo III: ubiquinona para citocromo c: Acopla a transferência de elétrons do ubiquinol para citocromo c com o transporte de prótons da matriz para o espaço intermembrana. É um dímero com duas unidades monoméricas de citocromo b .
A passagem de elétrons e prontons pelo complexo é através do ciclo Q. O ciclo Q acomoda a troca entre o carregador de dois elétrons ubiquinona e os carregadores de um eletron – citocromos b, c1 e c. 
Então QH2 é oxidado a Q e duas moléculas de citocromo c são reduzidas.
Depois que o grupo heme do citocromo c aceita um eletron ele e move para o citocromo IV para doar o eletron para um centro de cobre.
Complexo IV: citocromo c para O2 : carrega elétrons do citocromo c para o oxigenio molecular reduzindo o a H2O. É uma enzima grande da membrana interna.
Contem a subunidade II e I.
A transferência de elétrons se da do citocromo c para o centro Cua para o heme a e para o centro de heme a3-Cub ate o O2. Para cada eletron que passa por esse complexo a enxima consome quatro substratos H da matriz. Tambem usa a energia da reação para bombear próton pro espaço intermembrana.
→ A cardiolipina é essencial para a integridade dos respirassomos (combinações funcionais dos complexos), sua remoção com detergente ou sua ausência resulta em transferência anormal de elétrons .
Especies reativas de oxigênio são geradas durante a fosforilação oxidativa 
Etapas na redução do oxigênio em mitocôndrias tem o potencial de produzir radicais livres altamente reativos que podem danificar as células. Como a passagem de elétrons de QH2 ao complexo III e passagem de elétrons do complexo I ao QH2 envolvem radical Q- e pode passar um eletron ao O2 um radical altamente reativo, que podem reagir com enzimas, lipídeos e ácidos nucleicos. 
fatores que diminuem a velocidade do fluxo da cadeia de elétrons aumentam a forma do composto reativo devido ao prolongamento do tempo.
Para impedir esses danos, as células tem enzima superóxido-dismutase que catalisa a reação, o peroxido de hidrogênio gerado torna-se inofensivo pela ação da glutationa- peroxidase.
Sintese de ATP
De que forma um gradiente de concentração de prótons se transforma em ATO¿
A transferência de elétrons libera e força próton-motriz conserva energia livre para impulsionar a formação de ATP.
O modelo quimiosmótico diz : a energia eletroquímica inerente à diferença de concentração de prótons e a separação de cargas através de membrana mitocondrial interna impulsiona a síntese de ATP à medida que os prótons fluem de volta a matriz através de um poro para prótons junto com a ATP-sintase
→ A inibição da síntese de ATP bloqueia a transferência de elétrons em mitocôndrias intactas
→ Oligomicina e venturicidina são antibióticos tóxicos que se ligam a ATP-sintase nas mitocôndrias. São compostos inibidores potentes da síntese de ATP e da transferência de elétrons. A transferência de elétrons e a síntese de ATP são acopladas, nenhuma acontece sem a outra
→ Desacoplamento da oxidação da fosforilação : Desacoplam a transferência de elétrons e a síntese de ATP, dessa forma não consegue manter um grandiente eletroquímico , porque eles carregam prótons através da membrana interna. São eles : dinitrofenol,FCCP..
 
ATP sintase e seus domínios :
Ela possui um domínio F1 ( proteína periférica de membrana) e Fo(integral de membrana). A Fo possui um poro para prótons através do qual os prótons vazam, por isso precisa ter o equilíbrio entre esses dois domínios.
A ATP sintase então equilibra atp com adp + p , e é o gradiente de prótons que faz com que a enzima libere o atp formado.
O F1 mitocondrial possui 3 subunidades beta : B-ATP,B-ADP,B-vazio .
O complexo Fo que compõe o poro de prótons tem 3 subunidades: a,b,c.
Com base nisso, foi proposto o mecanismo de catalise rotacional no qual os 2 sitios ativos da F1 se revezam catalisando a síntese de ATP. Começa na conformação B-ADP que liga ADP a P, agora muda de conformação e assume a forma B-ATP gerando o quilibrio de ADP+P com ATP na superfície e muda de conformação pro B-vazio e o ATP deixa a superfície da enzima.
Essas mudanças conformacionais são desencadeadas pela passagem de prótons através dos poros da Fo.
Força próton-motriz
Além de propiciar a energia necessária para a síntese de ATP, essa energia comanda sistemas específicos que transportam ADP e P para dentro da matriz e ATP para fora do citosol, porque a membrana interna é impermeável.
Adenina-nucleotideo-translocase : liga ADP -3no espaço intermembrana e transporta para a matriz e troca de uma molécula de ATP-3 transportada para fora sua atividade é favorecida devido a essa diferença de gradiente, a força próton motriz propicia essa troca.Ela pode ser inibida por atractilosideo e ai o ATP citosolico não pode ser regenrado a partir do ADP.
Fosfato-translocase : promove o simporte de H2PO4- e um H+ para a matriz que também é favorecido pelo gradiente de prótons.
Sistema de lançadeiras 
A membrana interna não é permeável a NADH, então como pode o NADH produzido da glicólise no citosol ir para a membrana interna e ser reoxidado pelo O2 na cadeia respiratória?
Atraves das lançadeiras!!!
- lançadeira malato-aspartato funciona em mitocôndrias do fígado, rim, coração
- lançadeira do glicerol-3-fosfato : entrega os equivalentes redutores do NADH para a ubiquinona e então para o complexo III e não para o I
No citosol, diidroxiacetona fosfato aceita dois equivalenes redutores do NADH catalisada pela gliceraldeido-3-fosfato-desidrogenase citosolica e transfere para a ubiquinona