Aula 03 cadeia transportadora, fosforilação 2017

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BIO Q U ÍM IC A
TR A N S P O R T E D E ELÉ T R O N S
FO S FO R ILA Ç Ã O OX ID A T IV A
AU LA 3
Prof. Greice Montagner
MIT O C Ô N D R IA
 A mitocôndria é o sítio do metabolismo oxidativo de eucariotos
 Contém:
 a piruvato desidrogenase,
 as enzimas do ciclo do ácido cítrico,
 as enzimas que catalisam a oxidação dos ácidos graxos,
 as enzimas e proteínas redox envolvidas no transporte de
elétrons e na fosforilação oxidativa
 Por isso a mitocôndria é considerada a “usina de força” da célula.
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MIT O C Ô N D R IA
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MIT O C Ô N D R IA
 A membrana interna é composta por cerca de 75% de proteínas
 É livremente permeável a O2, CO2 e H2O e contém, além das
proteínas da cadeia respiratória, várias proteínas de transporte que
controlam a passagem de metabólitos, como ATP, ADP, o piruvato, o
H+ e o fosfato
 A impermeabilidade controlada da MMI para a maioria dos íons e
dos metabólitos permite a formação de um gradiente de íons
através dessa barreira e resulta na compartimentalização das
funções metabólicas entre o citosol e a mitocôndria
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MIT O C Ô N D R IA
 Os equivalentes citosólicos reduzidos são transportados para dentro
da mitocôndria
 O NADH produzido no citosol pela glicólise deve ter acesso à
cadeia transportadora de elétrons para a oxidação aeróbica.
 Não há uma proteína transportadora de NADH na MMI.
 Somente os elétrons do NADH citosólico são transportados para a
mitocôndria por um dos vários sistemas de transporte
Circuito do malato-aspartato
Circuito do glicerol-fosfato
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LA N Ç A D E IR A MA LA T O -AS P A R T A T O
CA R R E A D O R E S
Encontrado no rim, fígado e coração de mamíferos
Malato pode transpor a membrana mitocondrial, ao passo que o
oxaloacetato não pode.
Os e- transferidos a partir do NADH no citosol produzem NADH na
mitocôndria
Oxaloacetato (citosol)  malato pela malato-desidrogenase
citosólica acompanhada pela oxidação do NADH a NAD+
Malato atravessa a membrana mitocondrial
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Malato (mitocôndria)  oxaloacetato pela malato desidrogenase
mitocondrial produzindo NADH
Oxaloacetato  aspartato (que pode atravessar a membrana
mitocondrial)
Citosol  aspartato oxaloacetato
Carreador de NADH
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LA N Ç A D E IR A MA LA T O -AS P A R T A T O
CA R R E A D O R E S
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 Presente no encéfalo (cérebro) e músculo esquelético
 A glicerol-3-fosfato desidrogenase catalisa a oxidação do NADH
citosólico pela DHAP para produzir NAD+, o qual retorna à glicólise
 Os elétrons do glicerol-3-fosfato são transferidos para a flavoproteína-
desidrogenase da MMI, formando FADH2, que fornece elétrons
diretamente para CTE
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LA N Ç A D E IR A GL IC E R O L-3-F O S F A T O
CA R R E A D O R E S
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TR A N S P O R T E D E E LÉ T R O N S
 Metabolismo aeróbio da glicose: papel do oxigênio?
Aceptor final de elétrons
Energia liberada: usada na forma de ATP que é resultado da
fosforilação oxidativa (fosforilação do ADP produzindo ATP).
Transporte de elétrons
Fosforilação oxidativa
Cadeia transportadora de elétrons: bombeia prótons (íons hidrogênio)
através da MMI gerando um gradiente de pH (gradiente de prótons)
energia estocada (acoplamento)
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TRANSPORTE DE ELÉTRONS
 Os carreadores que transportam os elétrons a partir do NADH e
FADH2 até O2 estão associados a membrana mitocondrial interna.
 São oxidados a NAD+ e FAD  promovida pela cadeia de
transporte de elétrons
 O oxigênio (aceptor final é oxidado a água).
 O processo é exergônico
 Carreadores: alguns centros redox são móveis e outros são proteínas
integrais de membrana
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TR A N S P O R T E D E E LÉ T R O N S
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mitocôndria
CO M P LE X O I 
(NADH: U B IQ U O N O N A -O X ID O R R E D U T A S E O U NADH 
DESIDROGENASE)
 O complexo I transfere elétrons a partir do NADH para a CoQ
 É o maior complexo protéico na MMI (parte integral da MMI)
Contém uma molécula de flavinamononucleotídeo (FMN) e seis a
sete grupos ferro-enxofre que participam no transporte de elétrons
Os grupos ferro-enxofre estão presentes como grupos prostéticos de
proteínas ferro-enxofre, e podem sofrer oxidação e redução de um
elétron 14
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CO M P LE X O I 
(NADH: U B IQ U O N O N A -
OXIDORREDUTASE OU NADH 
DESIDROGENASE)
TR A N S FE R Ê N C IA D E E LÉ T R O N S N O CO M P LE X O I
 O processo envolve a redução
temporária de cada grupo cuja
passagem dos elétrons para o
próximo grupo permite a
reoxidação do grupo anterior
 O NADH participa apenas em
reações que envolvem a
transferência de 2 elétrons
 A FMN e a CoQ podem transferir
um ou dois elétrons por vez,
proporcionando a formação de um
conduto de elétrons entre o doador
de dois elétrons, o NADH e os
aceptores de um elétron, os
citocromos 16
CO M P LE X O II
(SU C C IN A T O D E S ID R O G E N A S E )
Contém a enzima do ciclo do ácido cítrico, a succinato-desidrogenase e
três outras pequenas subunidades hidrofóbicas que transferem
elétrons do succinato à CoQ.
Seus grupos redox incluem o FAD ligado covalentemente à succinato-
desidrogenase para o qual os elétrons são inicialmente transferidos,
um grupo [4Fe-4S], dois grupos [2Fe-2S], e um citocromo b560.
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 O Complexo II permite que elétrons de potencial relativamente alto
entrem na cadeia transportadora por uma via independente do
Complexo I.
 Os Complexos I e II não operam em série, mas ambos resultam na
transferência de elétrons para a CoQ a partir de substratos reduzidos –
NADH e succinato.
 A CoQ serve como um ponto de captação de elétrons.
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CO M P LE X O II
(SU C C IN A T O D E S ID R O G E N A S E )
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CO M P LE X O II
(SU C C IN A T O D E S ID R O G E N A S E )
CO M P LE X O III 
(UB IQ U IN O N A : C IT O C R O M O C O X ID O R R E D U T A S E )
 Conhecido também como citocromo bc1: possui dois citocromos tipo
b e um citocromo c1, parte integral da MMI
Transfere elétrons da CoQ reduzida para o citocromo c1a partir de um
centro [2Fe-2S], e para o citocromo b.
Ciclo Q
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21CO M P LE X O III 
(UB IQ U IN O N A : C IT O C R O M O C
OXIDORREDUTASE)
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CICLO Q
CO M P LE X O IV 
(CIT O C R O M O C O X ID A S E )
Único transportador de elétrons no qual o ferro heme possui um
ligante livre que pode reagir com O2.
 A citocromo c oxidase catalisa oxidações de quatro moléculas de
citocromo c (Cyt c) reduzidas consecutivamente e a concomitante
redução tetraeletrônica de uma molécula de O2
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 4 cit c (Fe2+) + 8H++ O2 → 4 cit c (Fe
3+) + 4H++ 2 H2O
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CO M P LE X O IV 
(CIT O C R O M O C O X ID A S E )
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RE S U M O D O FLU X O D E E LÉ T R O N S E P R Ó T O N S P E LO S
QUATRO COMPLEXOS DA CADEIA RESPIRATÓRIA
FO R M A Ç Ã O D E ERO 
NAS MITOCÔNDRIAS E
DEFESAS MITOCONDRIAIS
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SÍN T E S E D E ATP: FO S F O R ILA Ç Ã O
OX ID A T IV A
 A síntese endergônica do ATP a partir de ADP e Pi na mitocôndria é
catalisada por uma ATP-sintase (ou complexo V), dirigida pelo
processo de transporte de elétrons
 A energia livre liberada pelo transporte de elétrons através dos
Complexos I –IV deve ser conservada em uma forma que a ATP
sintase possa utilizá-la – é a energia de acoplamento
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Parte da energia liberada pelo transporte de e- é usada para gerar a
fosforilação do ADP.
Energia liberada nas reações de oxidação ocasiona um aumento no
bombeamento de prótons e gera um gradiente de pH.
Além disso há uma diferença de voltagem através da membrana que
é convertida em energia química armazenada pelo ATP
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SÍN T E S E D E ATP: FO S F O R ILA Ç Ã O
OX ID A T IV A
 A teoria quimiosmótica:
“A energia livre do transporte de elétrons é conservadapelo 
bombeamento de H+ da matriz mitocondrial para o espaço 
intermembrana, criando um gradiente eletroquímico de H+ através 
da MMI. O potencial eletroquímico desse gradiente é aproveitado 
para a síntese de ATP.”
Processo análogo ocorre em bactérias, cuja maquinaria
transportadora de elétrons está localizada na membrana plasmática
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SÍN T E S E D E ATP
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ATP SINTASE
 O Também conhecida como ATP sintase bombeadora de prótons ou
F1F0-ATPase
Proteína transmembrana de multissubunidades com massa molecular
de 450kDa
Composta de duas unidades funcionais F0 e F1
 F0 é um canal de prótons transmembrana
 F1é composta por várias subunidades (αβγδε) e dentre elas, a
subunidade β catalisa a reação de síntese de ATP
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ATP S IN T A S E
AD E N IN A
NU C LE O T ÍD E O E
FO SFA T O
TR A N SLO C A SE
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REGULAÇÃO DA FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
 Quando a fosforilação oxidativa é mínima, no estado de repouso, o
gradiente eletroquímico na MMI acumula-se e impede a continuação
do bombeamento de prótons, inibindo o transporte de elétrons,
fazendo com que o pH no espaço intermembrana diminua.
 Quando a síntese do ATP aumenta, o gradiente eletroquímico é
dissipado, permitindo o reinício do transporte de elétrons.
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RE G U LA Ç Ã O D A F O S F O R ILA Ç Ã O O X ID A T IV A
 A fosforilação oxidativa é regulada pelas demandas energéticas
celulares. A [ADP] intracelular e a razão massa-ação [ATP]/([ADP][Pi]
são medidas do estado energético de uma célula.
Em células hipoxicas (desprovidas de oxigênio), um inibidor proteico
bloqueia a hidrolise de ATP pela atividade reversa da ATP-sintase,
impedindo uma queda drástica na [ATP].
As respostas adaptativas à hipóxia, mediadas por HIF-1, reduzem a
transferência de elétrons para a cadeia respiratória e modificam o
complexo IV para que ele atue de maneira mais eficiente sob
condições de baixo oxigênio.
As concentrações de ATP e ADP estabelecem a velocidade de
transporte de elétrons pela cadeia respiratória, por uma série de
controles interconectados sobre a respiração, a glicólise e o ciclo do
ácido cítrico.
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INIBIDORES DA RESPIRAÇÃO BLOQUEIAM O FLUXO DE
ELÉTRONS
 Inibidores: bloqueiam a cadeia transportadora de e- nos sítios
correspondentes a cada um dos complexos respiratórios.
 Barbituratos (amital), rotenona: bloqueiam a transferência de
e´da flavoproteína NADH-redutase para a coenzima Q.
 Antimicina A: bloqueio da transferencia de e- envolvendo
citocromo b, coenzima Q e citocromo c1.
 Cianetos, azida, CO: transferencia de e- do citocromo aa3 para o
oxigênio
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