FOSFORILAÇÃO_OXIDATIVA_2012

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FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA 
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA 
-início com a inserção dos elétrons na cadeia respiratória 
-elétrons vem da ação das desidrogenases associadas a 
NAD+, FAD+ e NADP+ 
-gerando NADH, NADPH e FADH2 
A maioria das desidrogenases que atuam no catabolismo são 
específicas para o NAD+ gerando NADH que transfere seus 
elétrons para a cadeia respiratória 
 
O NADPH gerado pelo catabolismo geralmente é empregado 
como fonte de elétrons para reações anabólicas e não 
transfere seus elétrons para a cadeia respiratória 
FADH2 também transfere seus elétrons para a cadeia 
respiratória 
Quando as reações de oxidação ocorrem um átomo de 
hidrogênio é removido (H2) na forma de H
- (2 elétrons) e o 
outro na forma de H+ (próton) que é liberado no meio. 
Cadeia respiratória 
-Os elétrons passam do NADH e FADH2 através de uma série 
de transportadores ligados à membrana, Ubiquinona e 
citocromos, que se encontram em complexos enzimáticos, até 
o oxigênio. São os complexos I, II, III e IV. 
-A transferência desses elétrons de um transportador ao outro 
gera energia que é usada para mandar prótons da matriz para 
o espaço intermembranas. A membrana interna é impermeável 
a prótons logo essa passagem consome energia. 
-essa energia vem do transporte de elétrons, mas ela não é 
perdida fica acumulada num gradiente de prótons 
 
-esse envio de prótons gera um potencial negativo no interior 
da matriz e um potencial positivo no espaço intermembranas, 
como esses prótons não podem sair a energia usada para 
mandá-los para lá fica acumulada e funciona como uma força 
próton motriz que impulsiona prótons para dentro da matriz e 
com ele a energia para fosforilar ADP com produção de ATP 
 
-esse envio de prótons para dentro da matriz é feito pela força 
próton motriz que ao fazê-lo também fornece energia e como 
a matriz também é impermeável a prótons essa transferência 
só se dá por canais específicos no complexo da ATP sintase 
quando existe falta de ATP 
 
ADP + Pi ATP 
 
Complexos: 
Complexo Enzimático I- NADH até Ubiquinona 
Enzima NADH desidrogenase: Catalisa 2 processos: 
 
1-Os NADH gerados nos processo oxidativos transferem o seu 
H- e mais um H+ da Matriz para a Ubiquinona 
 
 
2-transferência de 4H+ da matriz para o espaço intermembranas 
com consumo de energia (endergônica), 
age como uma bomba de prótons movida pela energia da 
transferência de elétrons 
 
A saída dos H+ da matriz faz com que ela se torne 
negativamente carregada e o espaço intermembranas 
positivamente carregado 
 
Complexo I NADH:Ubiquinona 
O NADH no complexo enzimático I transfere seus elétrons 
inicialmente para uma flavoproteína que depois os transfere 
para uma série de proteínas Fe-S e depois vão para a 
Ubiquinona (Q), QH2 (Ubiquinol) na matriz interna difunde-se 
de I para III onde é oxidado a Q 
Complexo Enzimático II- Succinato até Ubiquinona 
Enzima Succinato desidrogenase (enzima do ciclo de Krebs) 
1-Succinato se liga no sítio ativo da enzima 
2-ocorre a reação de oxidação 
3-elétrons são transferidos para o FAD gerando FADH2 
4-Os elétrons do FADH2 são transferidos os centros das 
proteínas Fe-S 
5- esses elétrons são transferidos para dentro da matriz 
depois para Q gerando QH2 
 
Outros substratos das desidrogenases mitocondriais 
passam seus elétrons para a cadeia respiratória via 
Ubiquinona, mas não através do complexo II 
 
1-oxidação de ácidos graxos 
-primeira reação da b oxidação catalizada pela 
flavoproteína acilCoA desidrogenase 
-o substrato transfere seus elétrons para o FAD da 
desidrogenase gerando FADH2, que transfere os elétrons 
para uma proteína transferidora de elétrons ETF: 
ubiquinona oxirredutase que depois transfere os elétrons 
para a a Ubiquinona (Q) a reduzindo para QH2. 
 
A membrana interna da matriz não é permeável ao NADH 
logo como o NADH gerado no citoplasma pela via glicolítica 
pode ser reoxidado a NAD+ passando seus elétrons para o 
O2? 
 
Resposta: sistemas de lançadeiras 
Esses sistemas transportam o NADH do citosol de uma 
maneira indireta para a mitocôndria 
Dois tipos diferentes de lançadeira atuam em tecidos 
diferentes 
 
Lançadeira de NADH mais ativa nas mitocôndrias do rim, 
coração e figado é a Lançadeira de malato-aspartato 
. Lançadeira de glicerol-3P atua no músculo esquelético e 
cérebro 
Lançadeira malato-aspartato 
1- oxaloacetato citosólico é reduzido a malato no citosol 
2-esses malato tem carregador para dentro da mitocôndria 
3-o malato dentro da mitocôndria é oxidado a oxaloacetato 
gerando NADH 
4-agora esse NADH pode, dentro da matriz, passar seus 
elétrons via Complexo I até o O2, gerando para cada (H-) 
2,5 ATP 
5-o oxaloacetato da matriz tem que ser transaminado para 
se transformar em aspartato 
6- esse aspartato tem carregador que o leva de volta ao 
citosol 
7- no citosol esse aspartato é desaminado para regenerar 
o oxaloacetato citosólico e recomeçar um novo ciclo 
 
Os equivalentes redutores do NADH citosolico devem passar do 
citosol para a matriz e isso se dá de forma indireta através da reação 
de redução da diidroxicetona P a glicerol 3P que depois repassa seus 
elétrons a uma flavoproteína ligada à membrana que depois os 
repassa à ubiquinona. 
 
 
 Lançadeira glicerol 3P 
Difere da lançadeira 
malato-aspartato, pois 
transfere seus elétrons 
Via Ubiquinona para o 
complexo III e não pelo I 
por isso gera menos ATP 
por par de elétron (H-) 
transferido somente 
1,5ATP 
 
Complexo III- Ubiquinona até citocromo c 
-a QH2 (Ubiquinol) gerada no passos anteriores é aqui 
reoxidada a Q 
-acopla a transferência de elétrons do QH2 para o citocromo 
c com o transporte de protons (H+) da matriz para o espaço 
intermembranas 
 
QH2 + 2 cit c(oxidado) + 2 HN
+ Q + 2 cit c (reduzido) + 4HP
+ 
A seguir o citocromo c oxidado se dirige ao complexo IV 
para doar seu elétron 
Complexo enzimático IV 
Citocromo c até O2 
 
Fluxo de elétrons através dos 4 complexos da cadeia 
respiratória 
A energia da transferência dos elétrons é conservada 
eficientemente em um gradiente de prótons 
Transferência de 2e-( na forma de H-) do NADH para o O2 
Reação muito exergônica 
 
Para se determinar qual é a energia liberada por essa 
reação é preciso conhecer o potencial de redução das 
substâncias envolvidas de cada par 
 
NAD+/NADH e O2/H2O 
Potencial de redução expressa a capacidade de uma 
determinada substância em receber elétrons e ser 
reduzida 
Os pares da tabela com maior valor do E0 recebem mais 
facilmente os elétrons daqueles com menor valor de E0 
 
O oxigênio dentre essas substância é o que mais gosta de 
elétrons, por isso ele é o receptor final da cadeia 
respiratória 
Para se calcular o valor da energia liberada pela transferência 
de elétrons do NADH para o O2 deve-se usar a seguinte 
fórmula: 
 
ΔG= -nF ΔE0 onde: 
 n é o número de elétrons transferidos 
 F é a constante de Faraday F= 96,5 KJ/V.mol 
 ΔE0= Ereceptor - E doador (NADH doador e O2 receptor) 
 
ΔG = -2 (96.5) (0.816-(-0.32)= -220 KJ/ mol de NADH 
Parte da energia liberada é usada para bombardear próton 
(10H+ ) para fora da Matriz pelos 4 complexos enzimáticos: 
4 H+ pelo complexo I, 4 pelo III e e 2 pelo IV 
1 H+ da matriz é transferido para o O2 junto com o H- para 
formar H2O 
 
 
No lado P forma-se um 
gradiente de prótons 
A energia armazenada nessagradiente de prótons é 
chamada de força próton motriz: tendo 2 componentes 
 
-energia potencial química devido à diferença de 
concentração dos prótons em duas regiões separadas pela 
membrana 
-energia potencial elétrica que resulta da separação de 
cargas gerada pelo bombardeamento de H+ para fora da 
membrana 
 
O bombardeamento dos 10H+ para fora da membrana 
consome cerca de 200 KJ dos 220KJ liberados pela 
transferência dos elétrons do NADH ao O2, por isso a 
energia dessa transferência é conservada no gradiente de 
prótons 
Síntese de ATP 
-a transferência de elétrons gera energia (220KJ/mol de 
NADH) 
-a força próton motriz a conserva (200KJ/por mol de 
pares de elétrons ) 
-1 mol de ATP a partir de ADP e Pi requer 50KJ 
Portanto, não há problemas termodinâmicos para que a 
fosforilação oxidativa ocorra. 
 
Mas como ela ocorre????? 
 
 
A força próton motriz que impulsiona os H+ para dentro 
da matriz, através de um poro associado a ATP sintase, 
propicia a energia para a síntese de ATP 
Razão P/O 
-é a razão entre o número de ATP sintetizado por ½ O2 
reduzido a H2O 
-para o NADH esse valor é de 2,5 ATP 
-para o FADH2 é de 1,5 ATP 
 
A força próton motriz 
energiza o transporte 
ativo: 
-ADP para dentro da 
matriz e ATP para fora 
no citosol 
-H2PO4 e H+ para 
dentro da matriz 
- H+ para dentro da 
matriz 
 
Regulação da fosforilação oxidativa 
-glicose produz de 30 (pela lançadeira glicerol -3P) ou 32 
ATP (lançadeira malato-aspartato) em condições aeróbicas 
-glicose produz 2 ATP em condições de anaerobiose 
 Desta forma, é claro que a fosforilação oxidativa é 
responsável pela maioria do ATP sintetizado pelas células 
aeróbicas 
 
Por isso, a fosforilação oxidativa deve ser regulada para 
fornecer o suprimento adequado de ATP de acordo com as 
necessidades da célula 
Regulação 
-necessidades da célula 
-disponibilidade de ADP 
-pela proporção entre [ATP]/[ADP] [Pi] (quociente de ação 
das massas) quando este está alto quer dizer que não há 
necessidade de ATP 
-quando por qualquer motivo ele baixa (processos 
biossintéticos) o ADP começa a ficar disponível, aumenta a 
velocidade da respiração celular provocando a regeneração 
do ATP 
-isso ocorre até que o quociente de ação das massa volte 
ao seu nível normal quando a respiração celular diminui 
 
As concentrações de ADP e ATP controlam a velocidade da 
respiração celular, glicólise e ciclo de Krebs 
 
Em resumo o ATP é sintetizado com a mesma velocidade 
em que é consumido pelas atividades celulares que 
necessitam do fornecimento de energia 
 
O estoque de ATP deve ser sempre mantido estável por 
isso a célula não pode deixar acabar para depois sintetizar 
ele vai sendo reposto à medida que vai sendo consumido 
Mitocôndria desacopladas 
 -no tecido ou gordura marrom a oxidação dos combustíveis 
não gera ATP e sim calor 
 
-a coloração marrom vem da grande quantidade de 
mitocôndrias que possuem grande quantidade de citocromos 
com grupos heme (Fe) 
 
-possuem uma proteína que fornece uma via para os prótons 
retornarem à matriz sem passar pelo complexo da ATP 
sintase 
-como resultado a energia da oxidação não é conservada na 
forma de ATP e sim dissipada como calor