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02/02/2017 1 Ciclo de Krebs Cadeia Respiratória Fosforilação oxidativa Bioquímica - Profª Claudia Andrade 02-fevereiro-2017 Universidade Federal de Mato Grosso Medicina Destinos catabólicos do piruvato formado na glicólise 02/02/2017 2 Profª Claudia Andrade O piruvato derivado da glicose pela via glicolítica é translocado para a matriz mitocondrial onde é descarboxilado liberando Acetil-CoA 02/02/2017 3 Profª Claudia Andrade O piruvato é descarboxilado para liberar acetil-CoA e CO2 pelo complexo da piruvato desidrogenase: Decarboxilação oxidativa do piruvato a acetil CoA no complexo Piruvato desidrogenase: Profª Claudia Andrade Conversão do piruvato a acetil-CoA: Complexo enzimático composto por 3 enzimas: 02/02/2017 4 7 Deficiência de piruvato-desidrogenase Doença neurometabólica que pode afetar o desenvolvimento do feto (baixo peso ao nascer) bem como após o nascimento (atraso no desenvolvimento e acidose) Pode estar relacionada a qualquer uma das três enzimas e prejudica a conversão do piruvato a acetilCoA e a produção de energia. Tratamento é realizado com suplementos para induzir a atividade enzimática, reduzir a acidose e dietas especiais visando o suprimento de energia. Íons arsenito, mercúrio e deficiência de vitamina B1 (tiamina) a inibem levando ao acúmulo de piruvato e lactato. Catabolismos destas biomoléculas levam a produção de Acetil-CoA: 02/02/2017 5 Conversão da energia em ATP pela cadeia respiratória: A oxidação dos principais substratos energéticos leva à produção de equivalentes de redução que serão oxidados na cadeia respiratória com concomitante produção de ATP Um adulto com ~ 70kg requer, em média, 2800 Kcal de energia por dia. Essa quantidade de energia pode ser gerada pela hidrólise de 190kg de ATP. Entretanto a quantidade total de ATP presente no corpo desta pessoa é de aproximadamente 50g de ATP. O ATP devem ser hidrolisado em ADP e fosfato e novamente ressintetizado milhares de vezes por dia em velocidade variável. A fosforilação oxidativa é um processo contínuo e vital 02/02/2017 6 “3 estágios da respiração” 1) Produção de Acetil-CoA pela oxidação dos ácidos graxos, glicose e alguns AAs. 2) Oxidação da acetil-CoA no Ciclo do Ácido cítrico incluem 4 passos nos quais os elétrons são liberados. 3) NADH e FADH2 transportam estes elétrons para a cadeia mitocondrial, onde o O2 é reduzido a H2O quando recebe os elétrons. Esse fluxo de elétrons impulsiona a produção de ATP. 02/02/2017 7 O Ciclo de Krebs ou ciclo do ácido cítrico ou Ciclo dos ácidos tricarboxílicos: Conjunto de reações que conduz à oxidação completa da glicose na matriz mitocondrial: Todos os carbonos serão oxidados e os elétrons serão doados para as coenzimas NAD e FAD O ciclo do Ácido cítrico ocorre através de 8 etapas: 02/02/2017 8 O Ciclo de Krebs é uma via anfibólica Interconecta o catabolismo e o anabolismo de proteínas, de carboidratos e de lipídios 02/02/2017 9 Os 12 pares de elétrons são liberados durante a oxidação da Glicose Forma-se: 10 NADH e 2 FADH2 (reações catalisadas pelas enzimas glicolíticas e pelas enzimas do ciclo de Krebs) 02/02/2017 10 02/02/2017 11 Glicerol-3-fosfato desidrogenase citosólica oxida o NADH e forma glicerol-3-fosfato Dentro da mitocondria por ação da Glicerol-3-fosfato desidrogenase mitocondrial o glicerol-3-fosfato é convertido em diidroxiacetona- fosfato com redução de FAD Consiste de uma série de proteínas capazes de aceitar e doar elétrons. Organizadas em uma sequência específica em função do potencial redox destas proteínas. Os elétrons que entram na cadeia respiratória são ricos em energia, mas à medida que eles passam ao longo da cadeia, chegando até o oxigênio, vão perdendo energia. A energia é conservada na forma de ATP A CADEIA RESPIRATÓRIA 02/02/2017 12 Os seguintes eventos ocorrem durante o processo de transporte de elétrons: 1. O NADH e o FADH2 são reoxidados a NAD + e FAD. 2. Os elétrons transferidos participam na oxidação-redução sequencial envolvendo quatro complexos enzimáticos antes da redução de O2 a H2O. 3. Durante a transferência de elétrons, prótons são expelidos da matriz mitocondrial, gerando um gradiente eletroquímico. 4. A energia livre armazenada nesse gradiente eletroquímico promove a síntese de ATP a partir de ADP e Pi por meio da fosforilação oxidativa. Os componentes da CTE estão organizados segundo seus valores de E0, que se tornam progressivamente positivos NADH e FADH2 é um forte doador de e-: potencial redox (-) O2 é um forte aceptor : potencial redox (+) •Um 02/02/2017 13 Transferência de elétrons (em azul) e a translocação de prótons (em vermelho). Transporte de elétrons e prótons A reação inicial é catalisada pelo complexo NADH desidrogenase, designado complexo I, que aceita prótons e elétrons de NADH +H+ e os transfere para a coenzima Q. 02/02/2017 14 O complexo II consiste do componente flavoproteína da succinato desidrogenase, que aceita equivalentes de redução do succinato e passa para a coenzima Q A coenzima Q por ser uma molécula altamente lipofílica é bastante móvel na membrana mitocondrial, o que facilita sua capacidade de transferir elétrons de ambos os complexos I e II para o complexo complexo III (citocromo bc1). 02/02/2017 15 A coenzima Q transporta 2 elétrons e o citocromo c apenas 1, assim para a oxidação da QH2 é necessário a redução de 2 citocromos c por meio do Ciclo Q 02/02/2017 16 Os citocromos c reduzidos transferem os elétrons para o complexo IV (citocromo oxidase) os quais são necessários para a redução de O2 ATP-sintase (ou complexo V) A energia livre liberada pelo transporte de elétrons através dos complexos I-IV é conservada em uma forma que a ATP-sintase possa utilizá-la. Esta conservação de energia é referida como: Energia de acoplamento Os prótons serão transportados de volta para a matriz através do complexo V, gerando a energia necessária para a síntese de ATP. 02/02/2017 17 F0: canal de retorno de prótons F1: subunidade catalítica A impermeabilidade da MMI exige sistemas de difusão por troca envolvendo proteínas 02/02/2017 18 Para cada mol de substrato oxidado por meio dos complexos I a IV são formados 2,5 mol de ATP (NADH) e 1,5 mol de ATP pela oxidação de 1 mol de FADH2 nos complexos II a IV por 0,5 mol de O2 consumido Razão P:O= 2,5 e 1,5 respectivamente Como para cada molécula de glicose são formados 10 NADH e 2 FADH2: Aproximadamente 32 mols de ATP Rendimento energético 02/02/2017 19 Controle Respiratório Consequentemente há uma grande variação na taxa de consumo de ATP entre o sono e a atividade vigorosa. A oxidação e fosforilação são firmemente interligadas E reguladas pela demanda energética celular: [ADP] e [ATP] Precisa de transporte de elétrons para produzir ATP? ?? ? ? 02/02/2017 20 Por via aeróbica Sim ! Por que? 02/02/2017 21 O transporte de elétrons e a fosforilação oxidativa são processos acoplados Por que a inibição do transporte de elétrons resulta em: - Bloqueio no consumo de O2 - Interrupção na síntese de ATP 02/02/2017 22 Como é possível bloquear do transporte de elétrons?02/02/2017 23 É possível dissociar o transporte de elétrons da síntese de ATP? Desacopladores mitocondriais: Termogênicos 02/02/2017 24 Ação do desacoplador 2,4 dinitrofenol Desacopladores aumentam a permeabilidade da MMI dissociando a oxidação da fosforilação A velocidade da respiração não é limitada pela concentração de ADP A energia produzida é liberada na forma de calor ao invés de ser utilizada integralmente para a síntese de ATP. 02/02/2017 25 Gradiente de prótons desfeito... -Redução na síntese de ATP por geração de calor -Transporte de elétrons e consumo de O2 permanecem Fisiologicamente é importante? ?? ? 02/02/2017 26 SIM Contribui para a manutenção da temperatura corporal Produção de calor pelo tecido adiposo marrom 02/02/2017 27 Termogênese em mamíferos recém-nascidos e em hibernação Termogenina Tecido adiposo marrom Sucesso a todos e até o próximo semestre ....... The end!!!
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