524197 Respiração celular fosforilação oxidativa

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Departamento de Química - Curso Química Tecnológica - Bioquímica 
CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO Profa. Esther Ma F Lucas 
RESPIRAÇÃO CELULAR 
 
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA 
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CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO Profa. Esther Ma F Lucas 
FASES DA RESPIRAÇÃO CELULAR 
1ª) Oxidação dos combustíveis 
(glicose, ácidos graxos, 
aminoácidos) para liberar o 
grupo acetil (Acetil CoA) 
2ª) Oxidação do grupo acetil 
(Acetil CoA) à CO2. 
Ciclo do ácido cítrico = Ciclo 
de Krebs 
3ª) Redução dos transportadores 
de elétrons (NADH e FADH2) 
gerados no ciclo do ácido cítrico, 
até tranporte dos e- para o O2. 
Fosforilação oxidativa 
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Fosforilação Oxidativa e fotofosforilação 
•Estágio final do metabolismo produtor de energia (organismos aeróbios). 
 
•A energia produzida nas oxidações que foi armazenada como Co enzima reduzida 
(NADH e NAPH2) é convertida em ATP. 
 
•Envolve: redução do O2 à H2O (fosforilação oxidativa) 
•Oxidação H2O à O2 (fotofosforilação). 
 
•Baseadas na teoria quimeosmótica – As diferenças nas [ H+] transmenbrana são 
os reservatórios para a energia gerada nas reações de oxidações biológicas. 
 
•Envolvem fluxo de e- através de cadeia de transportadores ligados à membrana. 
 
•A energia livre está acoplada ao transporte de prótons, através de uma membrana 
impermeável aos prótons – cria potencial eletroquímico de membrana. 
 
•O fluxo transmenbrana de H+ (sentido do gradiente de concentração) através de 
canais proteicos fornece energia livre para a síntese do ATP. 
 
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Fosforilação Oxidativa 
Membrana externa 
 
Permeável (via proteínas 
trasmembrana – purinas) pra 
pequenas moléculas e íons 
Membrana interna 
(várias invaginações – grande 
superfície de contato) 
 
Impermeável até para H+ 
Contém os complexos I, II, III e IV 
Contém ADP-ATP traslocase 
ATP syntase 
Contém transportadores de 
membrana 
Matriz 
 
Contém todo aparato 
enzimático para as vias 
de catabolismo dos 
combustíveis celulares 
(ác. Graxo, proteínas) 
exceto para a glicólise 
que ocorre no citosol. 
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Visão geral 
Ocorrem várias reações nos complexos enzimáticos I, II, III e IV que resultam no 
transporte de H+ da matriz mitocondrial para o espaço intermembranas – CRIA 
GRADIENTE DE PRÓTONS 
Os prótons tendem a voltar espontâneamente para para a matriz mitocondrial – a 
membrana interna é impermeável para os prótons que só conseguem atingir a 
matriz passando pela enzima ATP-sintase. Este fluxo de prótons gera a energia 
armazenada na forma de ATP 
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Esquema dos Transportadores de elétrons – complexos 
multienzimáticos 
Membrana 
mitocondrial 
interna 
Complexos enzimáticos I, II, III, IV 
 
Diversas subunidades protéicas associadas à diferentes grupos 
prostéticos (Flavinamononucleotídeo, FAD, centros ferro enxofre, 
citocromos, íons cobre) 
Componentes móveis da cadeia transportadora de elétrons 
 
Coenzima Q ( conecta os complexos I e II ao III) 
Citocromo c ( conecta o complexo III ao IV) 
2 e- são transportados de um mol de NADH para o O2 – via reações de oxi-redução com os 
grupos prostéticos dos complexos e componentes móveis 
 Sequência não está totalmente elucidada. 
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Potenciais redutores dos compoenentes da cadeia 
transportadora de elétrons 
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FMN 
Centros Fe-S 
Flavina mononucleotídeo - Derivado da vitamina B2 ( riboflavina) 
São transportadores de e- 
unicamente, recebidos e 
doados pelo ferro que 
alterna entre Fe 2+ e Fe 3+ 
Grupos prostéticos dos complexos que atuam como 
centros de óxido-redução 
Umbinoquinona (Q) 
•As Co-enzimas que diferem entre sí pelo no de unidades isoprênicas 
presentes em sua cadeia lateral. 
•A lipofilicidade desta estrutura permite sua mobilidade na membrana. 
•Os e- e prótons que ela recebe são provinientes de uma FMN. 
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citocromos 
•São proteínas transportadora de elétrons que contém Heme como grupo prostético. 
•O íon de ferro que é responsável pelo transporte de elétrons. 
•A classificação dos citocromos é feita mediante ao perfil do espectro (classe) e, do máx. da absorção no 
UV (sub-classe). Ex: b562. 
•Cada citocromo terá: 
•Sequência de aminoácidos específica 
• radicais substituintes do grupo Heme diferentes 
• forma de ligação do grupo Heme à cadeia protéica diferentes ( a e b – não covalente; 
C – covalente) 
Grupos prostéticos dos complexos que atuam como centros de 
óxido-redução 
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Complexo I: Oxida o NADH / atua como bomba de prótons 
NADH-umbiquinona óxido-redutase 
•Possui 46 cadeias 
polipptídicas. 
 
•Tem forma de L (um 
braço interior à 
membrana e outro 
projetado na matriz). 
 
•Associada à uma 
molécula de FMN e 
até 9 centros Fe-S. 
É nesta etapa que os elétrons saem da matriz e entram na membrana mitocondrial. 
Capta 
H+ da 
matriz 
Como os centro Fe-S não tranportam prótons, os provenientes do FMH2, que regenera FMN ao 
ceder e- para o centro Fe-S irão se localizar no espaço inter-membranas, promovendo sua 
polarização – Gradiente de prótons 
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Complexo II: “redução do Succinato” 
Succinato desidrogenase 
•Mesmo complexo que 
atua no ciclo de Krebs. 
 
•Não produz gradientede 
prótons. (razões 
termodinâmicas). 
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Complexo III: “oxidação de Coenzima Q” – Ciclo Q 
•Ponto de convergência de e- proveniente dos complexos I e II. 
•Transfere e- da Coenzima Q para o citocromo c. 
•Ocorre em duas etapas diferentes, em cada uma delas uma molécula de QH2 é oxidada. 
•A enzima apresenta dois sítios catalíticos distintos (um para redução de Q e outro para oxidação de QH2) 
 
A redução de QH2 é bifurcada (1e
- será transferido para cit. c e outro para cit. B) 
Em I, Q produzido será encaminhado para o sítio catalítico interno para ser novamente. 
QH2QH
. 
QH2Q 
QH. QH2
 
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Complexo IV: “oxidação do Cit. e formação de H2O” 
4 cit c 2+ + 4 H+ + O2  4 cit c 
3+ + 2 H2O Dímero, onde cada monômero 
possui 13 subunidades protéicas 
associadas a dois grupos heme 
e três íons de cobre. 
 
Envolve quatro transferências 
cnsecutivas de um elétron do 
citocromo c para o sítio de cobre 
A, Heme A, heme A3, centro de 
cobre B e, finalmente, para o 
oxigênio. 
 
Mecanismo ainda não foi 
elucidado. 
95% do O2 do organismo é 
consumido nesteprocesso. 
A produção de H2O diária é 
cerca de 300mL. 
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Fosforilação 
Converte a energia liberada nas reações de oxidação em ATP. 
Explicado pela hipótese quimiosmótica. 
H+ bombeado para o espaço 
intermenbrana cria gradiente 
de próton e gradiente 
elétrico. A energia 
conservava neste gradiente é 
a força eletromotriz. 
 
O retorno de H+ para o 
interior da mitocôndria 
(processo espontâneo) libera 
a energia necessária para a 
síntese de ATP. 
 
Amembrana é impermeável 
aos prótons qm quase toda 
estenção, exceto nos sítios 
constituídos pelo complexo 
ATP-sintase. 
 
Cada 4 prótons que 
atravessam correspondem a 
síntese de 1 ATP. 
 
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ATP sintase de e. coli 
HIPÓTESE 
 
A passagem de prótons promoveria 
mudança conformacional dos sítios 
da enzima, possibilitando a 
realização da síntese de ATP em três 
etapas: 
 
•Ligação dos substratos (ADP e Pi); 
 
•formação da ligação fosfoéster; 
 
• liberação do ATP formado. 
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I . Glicólise  2 Piruvatos; 
II. 2 Piruvatos  2 Acetil-CoA; 
III. 2 Acetil-CoA (Ciclo de Krebs); 
IV. NADH e FADH2 (Cadeia respiratória) 
Rendimento da Oxidação Glicose 
Etapa I II III I+II+III IV Mols de 
ATP 
Coenzimas 2 NADH 2 NADH 6 NADH 
2 FADH2 
10 NADH 
2 FADH2 
30 ATP 
4 ATP 
30 
4 
Fosforilação 
Substrato 
2 ATP 
 
2 ATP 
 
4 ATP 
 
4 
Total 38 
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Inibidores e desacopladores que afetam a fosforilação oxidativa 
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Desacopladores 
Dissociam o transporte 
de elétrons da síntese 
de ATP. 
 
Efetuado por 
moléculas lipofílicas, 
capazes de atravessar 
a membrana 
carreando prótons que 
serão liberados na 
matriz da mitocôndria. 
 
Ocorre destruição do 
gradiente de prótons. 
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Sequência? 
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Lançadeiras X NAD 
Malato-aspartato 
O NAD+ e NADH citosólico não podem atravessar a membrana mitocondrial mas, podem ter 
seus elétrons trasferidos para sistemas capazes de atravessar tal membrana. 
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Glicerol fosfato 
Lançadeiras X NAD