Cadeia de transporte de elétrons

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CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS E FOSFORILAÇÃO OXIDADIVA
Profa. Ana Claudia Peres Rodrigues
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Reações de oxidação e redução
 
Reações que se processam com transferência de elétrons de um doador ( redutor) para um aceptor de elétrons (oxidante). 
Oxidação: doação de elétrons 
Redução : recebimento de elétrons 
Potencial redox: capacidade de doar ou receber elétrons. Cada elemento possui seu potencial redox definido em volts. 
Os agentes redutores e oxidantes funcionam como pares conjugados de oxidação e redução (pares redox).
RELEMBRANDO...
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Potencial de oxirredução 
Os elétrons se transferem dos sistemas de potencial de oxidação mais elevado para os de potencial de oxidação menos elevado.
 - Oxigênio: baixo potencial de oxidação, pois possui grande afinidade por elétrons  alto potencial de redução.(oxidante)
 - Hidrogênio: elevado potencial de oxidação pois tem facilidade de doar elétrons  baixo potencial de redução. (redutor)
RELEMBRANDO...
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 Portanto, os elétrons fluem do substrato que libera hidrogênio até o átomo de oxigênio. 
 Estas reações se fazem com grande desprendimento de energia e a célula recorre ao sistema de transferência gradativa, sendo a energia liberada em parcelas menores e armazenada em compostos armazenadores de energia = ATP.
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Para elementos com potenciais redox muito diferentes, as reações contam com intermediários. 
Potencial redox do H e O2 são muito distantes entre si. 
Utilização de compostos de potencial redox intermediário entre o H e O2.
Compostos intermediários: NAD, FAD, FMN, Coenzima Q (ubiquinona) e citocromos. 
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Este conjunto de pares redox agrupados segundo o potencial de oxi-redução é denominado Cadeia de Transporte de Elétrons.
É uma sequência de reações do tipo oxi-redução que ocorrem nas cristas mitocondriais com o objetivo de reagir o H, liberado da degradação de compostos orgânicos, com o O2 respiratório para produzir água e ATP. 
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Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo
Estruturas do NADH+H+ e FADH2
Flavina Adenina Dinucleotídeo
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Cadeia Respiratória e Fosforilação Oxidativa
Componentes da Cadeia respiratória
Baixa afinidade por elétrons
Alta afinidade por elétrons
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A cadeia respiratória é formada por quatro complexos protéicos: 
Complexo I : NADH Q oxidorredutase 
Complexo II: Succinato Q redutase 
Complexo III: Citocromo C oxidorredutase 
Complexo IV: Citocromo C oxidase 
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Cadeia Respiratória e Fosforilação Oxidativa
COMPLEXO I: NADH-Desidrogenasese
Ocorre a transferência de dois elétrons do NADH para o primeiro complexo . 
Os elétrons são transferidos para a Coenzima Q (ou ubiquinona) 
A Coenzima Q reduzida (ou seja, que carrega os elétrons) sai do complexo I para entregar os elétrons para o complexo III. 
O Complexo I bombeia 4 íons H+ para fora da membrana mitocondrial pela alteração conformacional da proteína. 
NADH + H+ + Q (oxi) NAD+ + QH2
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Cadeia Respiratória e Fosforilação Oxidativa
COMPLEXO II: Succinato-Desidrogenase
Complexo formado pela succinato desidrogenase, aderida à membrana mitocondrial interna. 
Os elétrons transportados pelo FADH2 são transferidos para o II complexo 
A coenzima Q retira os elétrons do complexo II e entrega para o complexo III
O complexo II não bombeia H+ para fora da membrana. 
 
2 H + 2 e-
Oxidado
Reduzido
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Cadeia Respiratória e Fosforilação Oxidativa
COMPLEXO III: citocromo b-c1oxiredutase
A coenzima Q que transporta os elétrons dos complexos I e II e os entrega para o complexo III . 
O citocromo C, outro intermediário, recebe os elétrons e os envia para o complexo IV . 
O complexo III bombeia 4 íons H+ para fora da membrana. 
QH2 + cit c (oxi) Q (oxi) + cit c (red)
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Cadeia Respiratória e Fosforilação Oxidativa
COMPLEXO IV: citocromo oxidase ou complexo a-a3
É responsável pela oxidação do cit c na medida em que este transfere os elétrons que transporta para o O2 reduzindo-o a H2O.
Por cada 4 elétrons que passam por esse complexo, a enzima utiliza 4 hidrogênios da matriz para converter O2 em 2 H2O.
Também usa a energia desta reação redox para bombear H+ para o espaço intermembrana.
                                                 
cit c (red) +1/2 O2 cit c (oxi)+ H2O
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Cadeia Respiratória e Fosforilação Oxidativa
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
 
Os mecanismos até aqui estudados compõem a cadeia respiratória ou de transporte de elétrons, com seus 4 complexos enzimáticos. 
 
Nesse processo, nenhuma molécula de ATP é gerada. 
 
O que o transporte de elétrons faz é criar um gradiente de prótons (DpH) composto por: um gradiente elétrico com carga positiva no exterior e negativa no interior da matriz e um gradiente químico, ácido (H+) no espaço intermembranas e básico na matriz. 
 
O processo de síntese do ATP (fosforilação oxidativa) ocorre ao nível do complexo V, a ATP sintase.
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Cadeia Respiratória e Fosforilação Oxidativa
Complexo V ou ATP sintase
O complexo V é conhecido como "ATP sintase F1Fo“.
É uma proteína transmembrana bombeadora de prótons e produtora de ATP. 
Os prótons (H+) que foram bombeados para fora da membrana através dos complexo I, III e IV , pelo desequilibrio causado pela CTE, tendem a voltar para o espaço intramembranar. 
O processo de retorno dos prótons H+ ocorre através da ATP sintase, com produção de ATP.
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Cadeia Respiratória e Fosforilação Oxidativa
Fosforilação oxidativa
Complexo V ou ATP sintase
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Cadeia Respiratória e Fosforilação Oxidativa
Hipótese Quimiosmótica para transferência de elétrons
             
A Cadeia Respiratória, ao transportar os elétrons, bombeia prótons da matriz para o espaço intramembrana; 
A membrana mitocondrial interna, por ser impermeável a prótons, impede o retorno destes à matriz; cria-se um GRADIENTE DUPLO - de pH e eletrostático - através da membrana mitocondrial interna, que gera uma situação de alta instabilidade e, por conseqüência, uma força que atrai os prótons de volta. 
Esta força, chamada força próton-motriz, dirige o refluxo de prótons à matriz mitocondrial através dos canais de prótons da enzima ATPase; a passagem dos prótons pela ATPase determina a síntese do ATP.
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O transporte de elétrons pela cadeia respiratória ou CTE e a síntese de ATP pela fosforilação oxidativa produz:
Calor em todos os passos da CTE (a energia que a célula não consegue armazenar na forma de ATP)
H2O
ATP:
Uma molécula de NADH que inicia a cadeia respiratória pelo complexo I, promove o bombeamento de 10 H+ 
 O retorno desses 10 prótons gera ~ 3 ATPs 
Uma molécula de FADH2 que inicia a cadeia respiratória pelo complexo II, promove o bombeamento de 6 H+ 
 O retorno desses 6 prótons gera ~ 2 ATPs. 
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Cadeia Respiratória e Fosforilação Oxidativa
Desacopladores da cadeia respiratória 
Em determinadas condições, a cadeia respiratória pode ocorrer sem a formação conjunta e gradativa de ATP. 
A esta dissociação entre oxidação e fosforilação, dá-se o nome de desacoplamento 
Estes desacopladores impedem a formação de ATP, porém não impedem o transporte de elétrons e o consumo de oxigênio.
Ex: 2,4 dinitrofenol, dicumarol.
             
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Cadeia Respiratória e Fosforilação Oxidativa
Desacopladores da cadeia respiratória 
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Cadeia Respiratória e Fosforilação Oxidativa
Desacopladores da cadeia respiratória 
Produção de calor pelo tecido adiposo marrom. Manutenção da temperatura corporal em animais que hibernam.
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Cadeia Respiratória e Fosforilação Oxidativa
Inibidores da cadeia respiratória 
São substâncias capazes de interromper a sequência de transporte de elétrons num determinado ponto da cadeia, não permitindo, além do transporte de elétrons, o consumo de oxigênio, formação de ATP e de água.
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Fosforilação no nível de substrato
Fosforilação ao nível de substrato
Consiste na formação de ATP mediante a introdução de fosfato inorgânico ao ADP por meio de uma reação acoplada. Ou seja a energia armazenada na ligação química do composto rico em energia é usada para fosforilar o ADP em ATP.
As enzimas que dela participam estão solubilizadas nas células, não tendo, assim, relação com aquelas do transporte de elétrons.
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Ligação altamente
 energética
FOSFORILAÇÃO AO NÍVEL DE SUBSTRATO
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