FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA

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FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
Prof. Liza Felicori 
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A fosforilação oxidativa é a etapa final da respiração 
Fosforilação oxidativa
3 ATP
5 ATP
15 ATP
3 ATP
Etapas oxidativas finais da degradacao de aa, carboidratos e lipídeos
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DEFINIÇÃO
Fosforilação oxidativa é o processo no qual o ATP é formado como resultado da transferência de elétrons do NADH ou FADH2 para o O2, por uma série de carreadores de elétrons. 
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Na fosforilação oxidativa o O2 é reduzido a H2O e o NADH e o FADH2 são oxidados
OXIDAÇÃO
NADH perde e-
REDUÇÃO
O2 ganha e-
NADH 
(ou FADH2)
e-
e-
NAD+ 
(ou FADH+)
H2O
e-
e-
O2
O NADH e o NADPH são importante carreadores de elétrons 
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Carreadores de elétrons – FAD e FMN
Competitiva 
 FMN 
FAD
FMn e FAD geralmente mais presos nas enzimas – grupos prostéticos
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A fosforilação oxidativa ocorre nas mitocôndrias
14.000 m2 de membrana interna
A membrana interna da mitocôndria é impermeável a pequenas moléculas e íons
Membrana externa
(permeável se MM < 5000 g/mol)
Membrana interna
(impermeável a íons; contém componentes da cadeia respiratória)
A membrana externa contem porinas, a interna é menos porosa; impermeável a peq. Moleculas e ions; permite gradiente de H+; a matrix mitocondrial contem enzimas do ciclo de krebs; a glicolise ocorre no citosol
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A síntese de ATP é impulsionada pela força próton-motriz gerada no espaço intermembrana
Espaço intermembrana
Teoria quimiosmótica – diferença de concentração de protons sao a reserva para extracao de energia 
Liberacao de energia com o transporte de e-; essa energia é conservada ao ser utilizada para transportar protons para o espaco intermembrana; qdo protons retornam para a matriz mitocondrial a favor do gradiente de concentracao, a energia liberada permite a sintese de ATP
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MECANISMO – hipótese quimiosmótica
e- do NADH e FADH2 
COMPLEXOS PROTEICOS
O2
ATP
RESPIRAÇÃO CELULAR
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
Membrana impermeável
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Potencial de transferência de e-  potencial de transferência de Pi.
 (potencial de redução ΔE0) (ΔG)
 Medido em Volts!
POTENCIAL DE REDUÇÃO
N° de e- transferidos
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PARA A RESPIRAÇÃO...
Muita liberação de energia
-2 x 96,48 kJmol-1V-1 x (0,82+0,32)
-220,1 kJmol-1 (-52,6 kcalmol-1)
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Diversos carreadores de eletróns estão envolvidos na transferência de e- para o O2
ubiquinona
citocromos
Proteínas 
ferro-enxofre
Grupos flavina, Fe-S, quinonas, hemes e cobre.
Mesmo que e- possam se mover mesmo no vácuo, eles tendem a se perder com o aumento da distancia.
Grupamentos especializados otimizam a transferência. 
PROTEÍNAS TRANSPORTATORAS DE ELÉTRONS
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Três grandes complexos proteicos:
NADH-Q OXIDORREDUTASE (Complexo I)
Q-CITOCROMO C OXIDORREDUTASE (Complexo III)
CITOCROMO C OXIDASE (Complexo IV)
Elétrons são transportados de C I e C II para C III pela CoenzimaQ (ubiquinona.)
E- vão de C III para C IV pelo citocromo C.
CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS
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http://www.youtube.com/watch?v=8zJjoJgNV-g
Filme Fosforilação oxidativa
http://www.youtube.com/watch?v=JdjCzhAS2N8
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Cadeia Respiratória
UBIQUINONA (CoQ)
Possui 3 estados de oxidação. 
Q
QH.
QH2
Para as quinonas, as reações de transferências de elétrons estão acopladas à ligação e liberação de prótons, uma propriedade que é importante para o transporte de prótons pela membrana. 
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Entrada dos e- de NADH.
Mecanismo ainda não totalmente
elucidado.
NADH  FMN  Fe-S  Q
Passagem dos e- leva ao bombeamento de 4H+ através da membrana interna mitocondrial. 
COMPLEXO I (NADH-Q oxidorredutase /NADH desidrogenase)
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A transferência de elétrons do NADH para a ubiquinona é (processo exergônico) é acoplada ao transporte endergônico de H+ para o espaço intermembrana 
Complexo I– do NADH a ubiquinona
42 cadeias polipeptidicas no complexo
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Succinato desidrogenase (succinato  fumarato) 
= 1 FADH2
A enzima faz parte do complexo II. FADH2 se liga ao complexo, doando e- para Fe-S, que os transfere para Q.
Complexo Succinato:Q redutase
 
COMPLEXO II
Esse mecanismo de redução de Q não leva ao bombeamento de prótons  menos ATP!
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Complexo II– do succinato a ubiquinona
 Não bombeia prótons
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Cadeia Respiratória
Complexo III – da ubiquinona ao citocromo c
Bombeia 4 prótons
Ubiquinona transfere para o Complexo III que recebe 1 e- apenas. Contem citocromo (heme proteína) b e c1
Cit b serve para a reciclagem de e- junto com a Q ligada. Complexo III bombeia 2 H+
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Complexo III
Cataliza a transferência de e- de QH2 para a forma oxidada do citocromo c.
Grupamentos Fe-S, heme e subunidades citocromo (b e c1).  Ciclo Q
COMPLEXO III (Q-citocromo c oxidorredutase / citocromo redutase)
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Oxidação do citocromo c reduzido, acoplado à redução do O2 a duas moléculas de água  ΔG°´ = -231.8 kJ mol-1
COMPLEXO IV – (citocromo c oxidase)
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Os H+ desta reação são consumidos da matriz, contribuindo para o gradiente.
COMPLEXO IV – (citocromo c oxidase)
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RADICAIS LIVRES
A redução parcial do oxigênio leva a produção de radicais livres.
Espécies reativas de oxigênio (ROS)
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Realizado pelo complexo ATPsintase, ligado à membrana interna da mitocôndria.
Gradiente de H+ impulsiona a síntese.
SÍNTESE DE ATP
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Grande complexo membranar.
F1  atividade catalítica
F0  canal transmembrana
ADP + Mg++ é o substrato.
ATP SINTASE
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O ATP é formado mesmo na ausência de força próton motriz. ΔG°’= 0 (equilíbrio ATP e ADP)
O ATP só deixa o sítio catalítico mediante o fluxo de H+.
Mecanismo binding-change  sítios assimétricos, com diferentes afinidades. Estabiliza o ATP formado, fazendo com que sua energia seja semelhante ao ADP 
COMO O FLUXO DE H+ IMPULSIONA A SÍNTESE DE ATP?
?
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Sítios com diferentes afinidades pelo ATP. 
MECANISMO
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Rotação da subunidade γ.
T = conformação “apertada”  maior afinidade (ATP ligado)
L = conformação “solta”  (ADP + Pi)
O = conformação “aberta”  Liberação do ATP
MECANISMO
ROTAÇÃO NO SENTIDO INVERSO GERA HIDRÓLISE DO ATP !
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Protonação progressiva de de resíduo de Aspartato  rotação das subunidades.
COMO O FLUXO ATRAVÉS DE F0 OCASIONA A LIBERAÇÃO DO ATP?
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PONTOS DE ENTRADA NA MITOCÔNDRIA - NADH
Lançadeira Gliceraldeído 3P
Lançadeira Malato - Aspartato
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Adenina Nucleotídeo Translocase ADP/ATP
PONTOS DE ENTRADA NA MITOCÔNDRIA – 
ATP
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ATP  produto final (regula todas as etapas precedentes)
2,5 ATP por par de e-. (estimativa)
Cadeia transportadora de e- é condicionada a fosforilação simultanea do ADP. 
REGULAÇÃO
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Bloqueadores em várias etapas.
Desacopladores – fluxo de e- sem síntese simultânea de ATP  caminho alternativo para a volta de H+. 
Termogenina (ucp)
REGULAÇÃO
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VISÃO GERAL
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