Estudo dirigido 3 Bioenergética e CTE

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
FACULDADE DE MEDICINA
DISCIPLINA DE BIOQUÍMICA 
ESTUDO DIRIGIDO 3 – Bioenergética e Cadeia Transportadora de Elétrons
Bioenergética: 
Explique e justifique a falta de equilíbrio nas reações metabólicas.
Quando isso acontece, torna-se impossível a produção de trabalho ou geração de energia utilizáveis pelas células, o que é incompatível com o organismo em estado dinâmico dos seres vivos.
Descreva o termo: “fosforilação no nível do substrato”
A produção de ATP independente da CTE. Ela acontece através da quebra de ligações fosfato ou CoA na glicólise (1,3-bisfosfato e fosfoenolpiruvato) e no ciclo de Krebs (succinil-CoA).
Explique a razão pela qual a produção biológica de energia se faz por etapas
Para evitar a grande perda de energia provocada pelas reações exotérmicas, minimizando a perda de energia na forma de calor e aumentando a conservação da energia útil através das moléculas de troca energéticas como o ATP. 
Fosforilação oxidativa
No que se resume a fosforilação oxidativa, qual a importância e onde ocorre este processo?
Ele é importante porque produz a maior parte do ATP que será utilizado pelo organismo humano. Ocorre na membrana interna da mitocôndria, havendo participação de elementos do espaço intermembrana e da matriz mitocondrial.
Que características da membrana mitocondrial interna possibilita o processo citado acima?
Identifique e caracterize a ação dos complexos I, II, III e IV participantes deste processo.
Complexo I: NADH-CoQ redutase. Ocorre a oxidação do NADH, com transferência de elétrons para o FMNH2 e posteriormente para o íon ferroso. Esses elétrons irão para a ubiquinona (coenzima Q) e há a saída de 2 prótons para o espaço intermembrana, iniciando-se o gradiente de prótons.
Complexo II: Succinato-CoA redutase. O succinato é oxidado a fumarato, transferido seus elétrons e prótons para o FADH2. Os elétrons são transferidos para o íon ferroso e os prótons saem do complexo, não havendo contribuição para o gradiente de prótons. Os elétrons vão para o citocromo b e depois para a coenzima Q. Os prótons vão para a coenzima Q.
Complexo III: Coenzima Q-citocromo c redutase. Ocorre o ciclo Q, em que há a a CoQ reduzida e semi-reduzida. 4 prótons são liberados para o espaço intermembrana. Citocromos e complexo Fe-S só recebem elétrons. Os elétrons são passados ao citocromo c.
Complexo IV: Citocromo c oxidase. Nessa etapa há a formação de H2O e a utilização do O2. Há também a participação do ferro e do cobre. Há a transferência de 8 prótons, sendo que 4 pela H2O e 4 livres.
Diferencie os caminhos seguidos pelos elétrons provenientes do NAD e do FAD. 
Os elétrons do NAD seguem para a o FMNH2, para o íon ferroso e para a coenzima Q. No FAD, eles vão para o íon ferroso, citocromo b e coenzima Q. O NAD produz mais ATP que o FAD, porque o NAD contribui para o gradiente de prótons, já o FAD não.
Sabendo que a membrana mitocondrial externa é impermeável ao NADH, como os elétrons do NADH citosólico são aproveitados pela fosforilação oxidativa, uma vez que este processo ocorre na membrana mitocondrial interna? Explique o processo.
Através das lançadeiras malato-aspartato e glicerol-3-fosfasto. Na malato-aspartato, o oxalacetato citosolico é reduzido a malato, através da oxidação de NADH a NAD. O malato entra na mitocôndria, onde é oxidado a oxalacetato, com a redução do NAD a NADH. É adicionado um grupo amino ao oxalacetato, produzindo aspartato. O aspartato volta ao citosol, onde vira oxalacetato. É reversível, acontece no fígado, coração e rins.
Na glicerol-3-fosfato, a diidroxiacetona fosfato é reduzida a glicerol-3-fosfato, através da oxidação do NADH citosolico a NAD. O glicerol-3-fosfato passa para a face externa da membrana interna da mitocôndria, onde é oxidado a diidroxiacetona fosfato, reduzindo FAD a FADH2. É irreversível e há menos produção de ATP. Acontece no cérebro, músculos esqueléticos e músculos de voo de insetos.
Como é o mecanismo de produção de energia pelo ATP sintase? Como o ATP formado é transportado para fora da mitocondria?
Os prótons que estão no espaço intermembrana passam para a matriz mitocondrial através da ATP sintase. Ela muda de conformação, produzindo, através do ADP mais o fosfato, ATP.
Ocorre através da adenina nucleotídeo translocase (ATP/ADP translocase): troca de uma molécula de ATP mitocondrial por uma molécula de ADP externa.
De que modo o ciclo de krebs e a cadeia respiratória se inter-relacionam para a produção de energia para a célula?
O ciclo de Krebs produz a maior parte do NADH e FADH2 utilizados pela CTE. Uma molécula de acetil-CoA produz 3 NADH e 1 FADH2, coenzimas utilizadas para o transporte de elétrons no complexo I e II da CTE. Já a CTE, reoxida o NADH e o FADH2, possibilitando a nova ocorrência do ciclo de Krebs.
O estresse oxidativo é mediado por espécies reativas de oxigênio (EROs) e de nitrogênio, produzidos durante a respiração celular. Como se formam esses radicais no processo de fosforilação oxidativa?
No complexo IV, há a utilização de O2 e a formação de H2O. Essa redução do oxigênio acontece através da transferência de elétrons um de cada vez. Isso pode formar radicais livres, que geralmente não são liberados porque ficam ligados ao ferro e ao cobre, porém esse processo não é 100% eficaz, havendo liberação de O2-, OH- e H2O2.
MIOPATIA MITOCONDRIAL
R.G.M., 40 anos, feminino, compareceu ao hospital, apresentando quadro clínico de evolução desde os 30 anos, com ptose palpebral superior progressiva em ambos os olhos há 10 meses. As queixas principais eram ptose e dificuldade para leitura. Ao exame clínico, apresentou pressão arterial baixa e exames normais de ECG. Exame endocrinológico e exames laboratoriais de TSH, T3 e T4 também normais. Ao exame neurológico e laboratorial, através de eletroneuromiografia, verificou-se padrão miopático não específico. Na biópsia muscular, revelou-se miopatia mitocondrial, sugestivo de deficiência da citocromo c-oxidase.
QUESTÕES
1 - Em que via metabólica a enzima em questão atua? O que a sua deficiência acarreta?
No complexo IV da CTE. Interfere na transferência de elétrons e na liberação de prótons no espaço intermembrana.
2 - Como explicar a alteração na distribuição das mitocôndrias nos vários órgãos e tecidos do corpo? Quais os órgãos mais afetados? 
Alguns órgãos precisam de mais oxigenação em seus tecidos. Cérebro, músculo cardíaco, fígado e rins.
4 - Pacientes portadores dessa doença possuem tolerância ao exercício alterada?
Sim, não podem praticar exercícios físicos muito intensos, porque não há oxigenação adequada dos tecidos.
3 - Qual a base genética desse distúrbio?
Mitocondrial.