fosforilação oxidativa_3 (1)

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Profa. Dra. Silvana Marcussi
Respiração celular
(Fosforilação oxidativa)
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 Respiração celular: a energia proveniente das oxidações é responsável pela síntese de ATP.
 Fosforilação oxidativa ocorre nas mitocôndrias e envolve a redução de O2 a H2O com elétrons doados pelo NADH e FADH2.
 Fosforilação oxidativa é o estágio final do metabolismo produtor de energia nos organismos aeróbicos.
 Todas as etapas oxidativas na degradação de carboidratos, lipídios e aminoácidos convergem para este estágio de respiração celular.
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 Matriz mitocondrial: contém todas as vias da oxidação dos combustíveis, exceto a glicólise, que ocorre no citosol.
 Fosforilação oxidativa: inicia com a entrada de é na cadeia respiratória.
 Muitos é provém da ação de desidrogenases que coletam é das vias catabólicas e os canalizam para aceptores universais, nucleotídeos de nicotinamida (NAD+ ou NADP+) ou nucleotídeos de flavina (FMN ou FAD). 
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 Cadeia respiratória mitocondrial: série de transportadores de é que atuam sequencialmente, a maioria são proteínas integrais de membrana com grupos prostéticos capazes de aceitar ou doar 1 ou 2 é.
 Existem 3 outros transportadores além do NAD e das flavoproteínas: a ubiquinona ou coenzima Q e 2 tipos de proteínas que contém ferro (citocromos e proteínas ferro-enxofre). 
 Ubiquinona: pode difundir-se na camada lipídica da membrana mitocondrial interna transportando prótons e é tendo papel central no acoplamento do fluxo de é ao movimento de prótons.
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 Citocromos: realizam intensa absorção de luz devido a seus grupos prostéticos heme.
 Citocromos a, b e c (absorvem espectros de luz diferentes).
 Proteínas ferro-enxofre: o ferro está associado a átomos de enxofre inorgânico ou a átomos de enxofre de resíduos de Cys.
 Pelo menos 8 proteínas ferro-enxofre atuam na transferência de é da mitocôndria. 
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 Os transportadores de é da cadeia respiratória estão organizados em complexos embebidos na membrana.
 Complexos I e II: catalisam a transferência de é para a ubiquinona a partir de 2 doadores de é diferentes: NADH e o succinato.
 Complexo III: transporta é da ubiquinona até o citocromo c.
 Complexo IV: completa a sequência transferindo é do citocromo c para o O2 produzindo H2O.
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 Complexo I é uma bomba de prótons movida pela energia da transferência de é
 Complexo I: composto por 42 cadeias polipeptídicas, incluindo 1 flavoproteína ligada a FMN (mononucleotídio de flavina) e pelo menos a 6 centros Fe-S.
 Esse complexo catalisa 2 processos acoplados: 
 Transferência de 1 íon hidreto do NADH para a ubiquinona.
 Transferência de 4 prótons da matriz para o espaço intermembranoso.
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 Amital (droga barbitúrica - antiepilépticos, sedativos e hipnóticos); 
 Rotenona (produto vegetal usado como inseticida);
 Piericidina A (antibiótico).
- inibem o fluxo de é dos centros Fe-S do Complexo I para a ubiquinona bloqueando a forforilação oxidativa. 
 Ubiquinol (QH2 forma completamente reduzida) difunde-se na membrana interna, do complexo I até o complexo III, onde é oxidado a Q em um processo que envolve o movimento de prótons da matriz para o citosol. 
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 Complexo II (succinato desidrogenase): é a única enzima do ciclo de Krebs que está ligada à membrana.
 é passam do succinato para FAD e deste através dos centros Fe-S são transferidos para a ubiquinona (Q).
 O ubiquinol (QH2) resultante de todas essas reações é reoxidado pelo complexo III. 
 Complexo III: acopla a transferência de é do ubiquinol (QH2) para o Cit c com o transporte de prótons da matriz para o espaço intermembranoso.
QH2 é oxidado a Q e 2 moléculas de Cit c são reduzidas
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 Após o Cit c aceitar 1 é do complexo III, o Cit c se move em direção ao complexo IV para doar o é 
 Complexo IV (citocromo oxidase): transporta 2 é do Cit c para o O2 molecular, reduzindo-o a H2O.
 Complexo IV: embebido a membrana mitocondrial interna, contém 13 subunidades.
 Nas bactérias o Complexo IV contém 3 ou 4 subunidades mas é capaz de canalisar a transferência de é e o bombeamento de prótons. 
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RESUMO
 é alcançam Q por meio dos complexos I e II.
 QH2 funciona como transportador móvel de é e prótons, transfere é para o complexo III que os transfere para o Cit c
 O complexo IV transfere os é do Cit c reduzido para o O2.
 O fluxo de é por meio dos complexos I, III e IV é acompanhado por 1 fluxo de prótons da matriz para o espaço intermembranoso.
Obs: os é da -oxidação de ác. graxos também podem entrar na cadeia respiratória por meio da Q. 
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 A maior parte da energia obtida nas transferências de é é utilizada para bombear os prótons para fora da matriz.
 A energia armazenada nesse gradiente, denominada força próton motriz, apresenta 2 componentes:
Energia potencial química ocorre devida a ≠ na [ ] de espécie química (H+) em 2 regiões separadas pela membrana.
- Energia potencial elétrica resulta da separação de carga quando 1 próton se move através da membrana sem 1 contra íon.
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 Mitocôndrias das plantas: na Luz: a Glicina produzida pela fotorrespiração é convertida em Serina resultando na formação de NADH.
 2 Glicina + NAD+ → Serina + NADH + H+ + CO2 + NH4+
 Para regenerar NAD+ a partir de NADH, a mitocôndria das plantas transfere é do NADH direto para ubiquinona e da ubiquinona para O2, desviando dos complexos III e IV e de suas bombas de prótons.
 Diferente da citocromo oxidase (complexo IV) a ubiquinol oxidase não é inibida por cianeto. 
Porque o cianeto só apresenta toxicidade para células animais?
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Vimos que: A transferência de é libera, e a força próton motriz conserva energia livre para formar ATP.
Foi proposto 1 mecanismo químico que acopla o fluxo de é com a fosforilação (Modelo quimiosmótico):
 A energia eletroquímica resultante da diferença na [ ] de prótons e a força próton motriz, dirigem a síntese de ATP à medida que os prótons retornam para a matriz (poro associado à ATP sintase). 
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 Energia da oxidação do substrato dirige a síntese de ATP; 
 A força próton motriz sozinha é suficiente para conduzir a síntese de ATP na ausência de 1 substrato oxidável.
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 ATP sintase mitocondrial: complexo enzimático da membrana interna que catalisa a formação de ATP a partir de ADP e Pi acompanhado do fluxo de prótons.
 Formada por F1 (proteína periférica de membrana) e Fo (proteína integral de membrana)
 Subunidade Fo permite a passagem de prótons e F1 catalisa a hidrólise de ATP.
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 Foi proposto 1 mecanismo de catálise rotacional em que os 3 sítios ativos de F1 giram catalisando a síntese de ATP.
 mudanças conformacionais são dirigidas pela passagem de prótons através da porção Fo da ATP sintase.
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 Adenina nucleotídeo translocase desloca ADP para dentro da matriz e o ATP para fora.
 Em pH 7,0, o Pi está presente como HPO42- e H2PO4- 
 Fosfato translocase é específica para o H2PO4- e H+
 Força próton motriz fornece energia para a síntese de ATP e para o transporte de substrato (ADP e Pi) para dentro e o produto (ATP) para fora da matriz.
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 Sistemas de lançadeias transportam os equivalentes redutores (NADH citosólico) para dentro da mitocôndria.
 Lançadeira de NADH mais ativa (mitocôndrias do fígado, rins e coração) é a malato-aspartato.
 equivalentes redutores são transferidos ao oxaloacetato citosólico produzindo malato.
 malato passa pela membrana interna até a matriz.
 Na matriz os equivalentes redutores são transferidos para o NAD+, formando NADH.
 NADH pode transferir seus é para a cadeia respiratória.
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Lançadeira malato-aspartato
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 Em células aeróbicas: a oxidação completa de 1 molécula de glicose até CO2 produz 30 ou 32 ATP.
 A oxidação completa de 1 molécula de palmitoil-CoA produz 108 ATP.
 Em condições anaeróbicas (síntese do lactato): cada glicose gera 2 ATP.
 Assim, as vias de oxidação aeróbicas que resultam na transferência
de é para O2 são responsáveis pela maior parte do ATP sintetizado no catabolismo.
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 Tecido marrom apresenta uma grande quantidade de mitocôndrias e portanto grande quantidade de citocromos cujos grupos heme (contendo ferro) absorvem intensamente a luz visível.
 Tecido encontrado em recém nascidos e animais que “hibernam”. 
Em geral quando o suprimento de ATP é adequado, a respiração celular diminui.
 Entretanto, existe 1 exceção em animais que ocorre no tecido adiposo marrom.
 Nesse tecido a oxidação dos combustíveis não gera ATP mas sim calor. 
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 Mitocôndrias do tecido marrom apresentam uma proteína, a termogenina (desacopladora);
 Termogenina: proporciona 1 via alternativa para os prótons retornarem à matriz sem passar pelo complexo FoF1 (ATP sintase).
 Como resultado desse desvio de prótons a energia da oxidação não é conservada a ATP mas sim dissipada como calor. 
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A formação de mitocôndrias deficientes na transferência de é do NADH para a ubiquinona pode resultar em: 
neuropatia óptica hereditária de Leber (LHON): afeta o SNC incluindo nervos ópticos, causando a perda bilateral da visão no início da maioridade.
Mitocôndrias de forma anormal que podem conter estruturas paracristalinas formadas em fibras musculares esqueléticas podem resultar em:
 epilepsia mioclônica
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Referências
- Reginald Garrett and Charles Grisham. Biochemistry, 2ª edição. 
 David L. Nelson e Michael M. Cox. Lehninger Princípios de bioquímica, 3ª edição. 
- Donald Voet, Judith G. Voet e Charlotte W. Pratt. Fundamentos de bioquímica. 
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