Síntese de ATP (Transporte elétrons fosforilação oxidativa)

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COMO AS CÉLULAS SINTETIZAM ATP
CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS E 
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA 
OU
SINTETIZAM ATP ÀS CUSTAS DA OXIDAÇÃO DAS 
COENZIMAS NADH E FADH2 PELO OXIGÊNIO
AS COENZIMAS REDUZIDAS SÃO PRODUZIDAS NA 
MATRIZ MITOCONDRIAL NO CICLO DE KREBS E NA BETA 
OXIDAÇÃO DE ÁCIDOS GRAXOS
NA SÍNTESE DE ATP ESTÃO ENVOLVIDAS A CADEIA DE 
TRANSPORTE DE ELÉTRONS E A ENZIMA ATP SINTASE 
AMBAS LOCALIZADAS NA MEMBRANA INTERNA DA 
MITOCÔNDRIA
Mitocôndria
Retículo Endoplasmático
Citossol
O Ciclo de Krebs só funciona em AEROBIOSE
Isto porque o Oxigênio oxida as Coenzimas NADH e FADH2
Se as coenzimas não forem oxidadas, o ciclo de Krebs não funciona
Krebs
A Oxidação das Coenzimas é feita pela CADEIA DE 
TRANSPORTE DE ELÉTRONS, localizada na membrana 
interna da Mitocôndria
Só ocorre em presença de Oxigênio
C
A
D
E
I
A
Membrana interna
Matriz mitocondrial
β-oxid
A CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS é 
formada por 6 componentes 
Complexo I
Complexo II
Ubiquinona (Coenzima Q)
Complexo III
Citocromo c
Complexo IV
http://www.rpi.edu/dept/bcbp/molbiochem/MBWeb/mb1/part2/oxphos.htm#animat2
Os 4 complexos são de natureza protéica e tem atividade enzimática
COMPONENTES DA CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS
Matriz Mitocondrial – Ciclo de Krebs e Oxidação de ácidos graxos
Membrana externa
complex 2
Membrana interna
FADH2
COMPLEXO I – denominado NADH-coenzima Q redutase
Contém várias proteínas (10 a 40)
Primeira porta de entrada de elétrons na cadeia – via NADH
Os elétrons passam do NADH para o Complexo I e deste para a Coenzima Q
Prótons são lançados para fora da matriz para o espaço entre as membranas 
Ubiquinona ou Coenzima Q
Isoprenóide apolar que se movimenta na membrana 
(fosfolipídios) da mitocôndria transportando elétrons
2H+ 2e+
COMPLEXO II – denominado Succinato Coenzima Q redutase 
Contém várias proteínas
Segunda porta de entrada de elétrons na cadeia – via FADH2
Os elétrons passam do FADH2 para o Complexo II e deste para a Coenzima Q
complex 2
FADH2
COMPLEXO III – denominado Coenzima Q- citocromo c redutase 
Contém várias proteínas e dois citocromos
Complexo 2Complexo 2Complexo 2
FADH2
Os elétrons passam da Coenzima Q para o Complexo III e deste para o cit c 
Prótons são lançados para fora da matriz para o espaço entre as membranas 
Citocromos são proteínas transportadoras de elétrons que 
contém HEME como grupo prostético
 
Grupo Heme: Fe3+ (oxidado) e Fe2+ (reduzido)
Existem vários tipos de citocromos: a, b e c
Complexo 2Complexo 2Complexo 2
FADH2
Complexo 2Complexo 2Complexo 2
FADH2
Citocromo c
Citocromo c
Citocromo c – Proteína pequena exposta na superfície da membrana 
interna da mitocôndria. Movimenta-se levando elétrons para o 
Complexo IV 
Complexo 2
Complexo IV – Citocromo c oxidase contém dois citocromos 
(a e a3) e dois íons Cobre
Os elétrons passam do Cit c para o Complexo IV e deste para o Oxigênio
Notar que o Oxigênio está na matriz mitocondrial
Resumo: Fluxo dos Elétrons
Compostos NADH ou FADH2 
Cadeia de Transporte de elétrons Oxigênio
Nota: Durante o transporte de elétrons Prótons são lançados para o 
espaço entre as membranas interna e externa da Mitocôndria
http://vcell.ndsu.nodak.edu/animations/etc/movie.htm
Ver animação
http://www.wiley.com/college/fob/quiz/quiz17/17-8.html
https://www.youtube.com/watch?v=xbJ0nbzt5Kw
Inibidores da Cadeia de transporte de elétrons
Complexo I – Rotenona (inseticida), Barbitúricos (hipnóticos, Amital)
Complexo II - Malonato
Ubiquinona (Coenzima Q) – Inibidor não conhecido
Complexo III – Antimicina A
Citocromo c – Inibidor não conhecido
Complexo IV – Cianeto, Monóxido de Carbono, Azida sódica
Estes compostos interrompem o funcionamento da cadeia, são 
potencialmente letais. Inibem a síntese de ATP
Complexo 2
Inibidores da cadeia de transporte de elétrons
Rotenona
Amital
Malonato
Antimicina 
A
CN, CO, 
Azida
Em presença de Rotenona e Amital – NADH não é oxidado, mas 
FADH2 SIM 
Em presença de Malonato – FADH2 não é oxidado, mas NADH SIM
Em presença de CN, CO ou Azida – NADH e FADH2 NÃO são oxidados.
Nota: Substratos que originam NADH: piruvato, isocitrato, alfa-cetoglutarato, 
malato, ácidos graxos. Exercício 1: ver onde são produzidos
Nota: Substratos que originam FADH2: succinato e ácidos graxos. 
Exercício 2: ver onde são produzidos
QUAL A RELAÇÃO ENTRE A CADEIA DE 
TRANSPORTE DE ELÉTRONS E A SÍNTESE DE 
ATP ? 
Na passagem dos elétrons pelos transportadores da cadeia, prótons 
(H+) são bombeados para fora da membrana interna da mitocôndria
Prótons se acumulam no espaço intermembranar
Membrana Externa
Membrana Interna
ATP sintase
ATP SINTASE (Enzima)
ADP + Pi ATP
Formada por dois componentes proteicos: Fo – Canal por onde passam 
os prótons e F1 – Porção onde ocorre a catálise
Fo
F1
Síntese de ATP
Os prótons do espaço intermembranar VOLTAM para a matriz 
mitocondrial pelo canal da ATP sintase ( Fo)
Ao voltar para a matriz mitocondrial, ocorre liberação de energia que é 
utilizada para a síntese de ATP numa reação catalisada pela porção F1
da ATP sintase
Este processo é denominado Fosforilação oxidativa
ADP + Pi ATPATP sintase
Membrana Externa
Membrana Interna
ATP sintase
https://www.youtube.com/watch?v=3y1dO4nNaKY
INIBIDOR DA ATP SINTASE
ADP + Pi ATP
OLIGOMICINA: Liga-se a Fo, inibe a passagem de prótons e por isto 
inibe a síntese de ATP
Oligomicina
NOTA:
Os inibidores da cadeia de Transporte de Elétrons 
também inibem a síntese de ATP pois impedem que 
os prótons sejam bombeados para fora da 
membrana interna da mitocôndria
Oligomicina também acaba inibindo a cadeia de 
Transporte de Elétrons pois os protons não 
conseguem voltar para a matriz e se acumulam no 
espaço intermembranar
REGULAÇÃO DA CADEIA DE TRANSPORTE DE 
ELÉTRONS E DA SÍNTESE DE ATP
O transporte de elétrons e a síntese de ATP são processos 
intimamente acoplados
Quando há muito ATP, há pouco ADP e os dois processos são 
mais lentos
Quando ATP é consumido, ADP aumenta e há um estímulo dos 
dois processos
ATP sai da mitocôndria para o citoplasma através de um 
transportador sendo utilizado em várias reações
FADH2
Complex 2
Rendimento Energético
Para 1 mol de NADH oxidado, a quantidade de H+ ejetada permite 
sintetizar 3 moles de ATP
Para 1 mol de FADH2 oxidado, a quantidade de H
+ ejetada permite
sintetizar 2 moles de ATP
Produção de ATP numa volta do ciclo de Krebs
3 NADH = 9 ATPs
1 FADH2 = 2 ATPs
1 GTP = 1 ATP
Total = 12 ATPs são sintetizados a cada volta do ciclo de Krebs
A Oxidação completa de 1 mol de GLICOSE a CO2 e H2O 
produz 38 moles de ATPs
I – Glicose a 2 piruvatos – 2 NADH, 2 ATP
II- 2 piruvato a 2 Acetil-CoA – 2 NADH
III- 2 Acetil-CoA pelo ciclo de Krebs – 6 NADH, 2 FADH2, 2 GTP
Glicose a CO2 10 NADH, 2 FADH2 ,2 ATP, 2 GTP
10 NADH = 30 ATPs
2 FADH2 = 4 ATPs
2 GTP = 2 ATP
2 ATP = 2 ATP
Total = 38 ATPs são sintetizados na oxidação COMPLETA da glicose
Exemplo:
A Oxidação completa de 1 mol de um ácido graxo de 12 
Carbonos a CO2 e H2O produz 97 moles de ATP
I – Ativação do ácido graxo – gasto de 1 ATP (duas ligações 
P ricas em energia)
II – 5 Ciclos de beta oxidação
6 Acetil-CoA
5 FADH2
5 NADH
III – Cada Acetil-CoA vai para o ciclo de Krebs
Oxidação completa de um ácido graxo a CO2 e H2O 
6 Ciclos de Krebs = 72 ATPs
III – Cada Acetil-CoA vai para o ciclo de Krebs
6 Acetil-CoA
72 ATPs
5 FADH2 10 ATPs
5 NADH 15 ATPs
TOTAL 97 ATPs
Gasto de 1 ATP para ativar = Rendimento 96 ATPs
Se considerarmos 2 ligações fosfato ricas em energia, então = 
Rendimento 95 ATPs
Exercício:
Compare o rendimento de ATP de 1 mol de ácido graxo de 6 
Carbonos e de um mol de glicose (6C)
Qual produz mais ATP?
Desacopladores
Desacopladores
Dissociam o transporte de elétrons do processo de síntese de ATP
DNP é um composto hidrofóbico que circula pela membrana interna da 
mitocôndria
Transporta prótons do espaço entre as membranas para a matriz 
mitocondrial 
Os prótons deixam de passar pela ATP sintase e para a síntese de ATP
No passado, DNP foi usado como agente emagrecedor. 
Por que ???
Quantidades elevadas de DNP podem levar à morte
Por que ???
uncoupling protein1 (UCP1).
Proteína desacopladora
Parte dos prótons passam pela UCP1 havendo dissipação de calor
Proteína desacopladora na membrana interna de 
mitocôndrias do tecido adiposo marrom