CTE y fosforilacion oxidativa Alunos b (1)

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Metabolismo de Carboidratos.
Profa.Dra. Leticia Labriola
Abril 2012
Oxidação Completa da Glicose
C6H12O6 + 6 O2 + 6 CO2 + 6 H2O 
36-38 ADP + 36-38 Pi + 36-38 ATP 
Via Glicolítica gastou: 1 glicose, 2 ADP, 2 Pi, 2 NAD+
gerou: 2 ATP, 2 NADH
Formação de Acetil-CoA gastou: 2 NAD+
gerou: 2 CO2, 2 NADH
Ciclo Ac. Cítrico gastou: 6 NAD+, 2 FAD, 2 GDP, 2 Pi, 2 AcCoA 
gerou: 4 CO2, 6 NADH, 2 FADH2, 2 GTP
Produção de Energia
Catabolismo de:
Carboidratos
Lipídeos
Proteínas
Utilização de Energia
Biossíntese de macromoléculas
Contração Muscular
Transporte Ativo
Termogênese
Ciclo ATP - ADP
• Trabalho mecânico: contração muscular
• Trabalho de transporte: gradiente de Na+ gerado pela Na+/K+-ATPase
• Rotas anabólicas: síntese de proteínas, de glicogênio
Utilização da Energia do ATP
adenina
Adenosina 5´- trifosfato Adenosina 5´- difosfato
• Coração 16
• Cérebro 6
• Rins 24
• Fígado 6
• Músculo esquelético (repouso) 0,3
• Músculo esquelético (correndo) 23,6
g ATP/g tecido
Uso diário de ATP
• geralmente não é sintetizado de novo
• sempre obtido por reciclagem de ADP
(ATP + ADP permanece constante)
• quantidade total de ATP + ADP no organismo – 100 g
• indivíduo em repouso – 40 kg de ATP em 24 horas
• esforço vigoroso – 0,5 kg/ minuto
• corrida de 2 h – 60 kg de ATP
ATP - Curiosidades
2. Carreadores ativados de elétrons para a oxidação de alimentos
3. Carreador ativado de elétrons para biossínteses redutoras
4. Carreador ativado de fragmentos de dois carbonos
NAD+ / NADH
FAD / FADH2
FMN / FMNH2
NADP+ / NADPH
CoA / Acetil-CoA
1. Carreador ativado de fosfato
ADP / ATP
Carreadores Ativados do Metabolismo
A oxidação é sempre acompanhada por redução de um aceptor de elétrons
Oxidação – perda de elétrons Redução – ganho de elétrons
CTE – Sequência de reações de óxido-redução 
semi-reações
agente
redutor
oxidado
agente
oxidante
reduzido
oxidação
redução
Na oxidação o agente redutor é oxidado (o agente redutor perde 
elétrons)
Pares Redox 
oxidação
o composto A
perde elétrons
Redução
o composto B
ganha elétrons
agente 
redutor
agente
oxidante
oxidado
reduzido
Observem que os elétrons passam de A para B
Tipos de Reação de Óxido-Redução 
• Reações onde apenas elétrons são transferidos
• Reações onde são transferidos elétrons e prótons
NADH + H+ + FAD NAD+ + FADH2
Citocromo c (Fe2+) + citocrocom a (Fe3+)
Citocromo c (Fe3+) + citocrocom a (Fe2+)
• potencial do eletrodo de hidrogênio padrão: 0,0V a pH 0,0
o par redox 2 H- / H2 em sistemas biológicos, pH 7,0: -0,42V
∆Go' = - nF . ∆Eo'
Variação padrão de energia livre
Eo' = potencial padrão em pH 7,0
n = número de elétrons sendo transferidos
F = constante de Faraday, 96,5 kJ . V-1 . mol-1
Potencial de Óxido-Redução 
Pares redox envolvem transferência de 
energia livre
Potencial de Óxido-Redução (E0)
- Medida da afinidade por elétrons, em Volts
NAD+ + 2e- NADH E0 = -0,32V
Piruvato + 2e- Lactato E0 = -0,19V
Piruvato + NADH Lactato + NAD+ ∆E0 = 0,13V
∆G0 = -nF∆E0, onde n = número de elétrons
F = 23 kcal.V-1.mol-1
Potencial de Oxidação-Redução: quanto maior o número, maior a facilidade de receber 
elétrons (Ex: Oxigênio tem alta capacidade de receber elétrons – trata-se de um bom agente 
oxidante)
O par NAD+ -NADH tem potencial de -0,32 e o par piruvato-lactato tem potencial de -0,19. Logo, piruvato-
lactato tem maior “afinidade” por elétrons e os elétrons fluirão do NADH para o piruvato, gerando lactato, 
desde que lactato desidrogenase esteja presente
Piruvato + NADH Lactato + NAD+
Prevendo a direção da transferência de elétrons 
Potencial de Óxido-Redução dos Transportadores da CTE 
Po
te
nc
ia
l d
e 
O
xi
da
çã
o-
R
ed
uç
ão
 E
´ 0
(V
)
Observem que os complexos estão dispostos em ordem crescente de potencial, 
para garantir o fluxo unidirecional de elétrons para o oxigênio
Cadeia de Transporte de Elétrons
- NADH O2
- Seqüência de reações de óxido-redução
- Componentes da membrana mitocondrial interna
NADH Complexo I 
CoQ III cit c IV O2
Complexo II (FADH2)
E0 = -0,32 E0 ~ -0,30
E0 = 0,05
E0 ~ 0,20
E0 = 0,24
E0 ~ 0,60
E0 = 0,82
E0 = -0,04
A Ordem dos Complexos na CTE 
Observem que tanto o Complexo I quanto o II transferem elétrons para CoQ
O complexo II é a própria succinato desidrogenase do Ciclo de Krebs
succinato fumarato
O Complexo I 
Centros Fe-S e Grupos Heme
O Complexo II 
A Coenzima Q (Ubiquinona)
Q (Ubiquinona) QH2 (Ubiquinol)
redução
Por sua capacidade de transferir elétrons, é usada como antioxidante (suplemento)
(estudos comprobatórios em andamento)
O Complexo III 
O Citocromo c
Pequena proteína contendo um grupo heme (hemeproteína, contendo Fe3+/Fe2+), transfere
elétrons do complexo III para o citocromo a do Complexo IV. Está frouxamente ligado à
membrana externa da mitocôndria. Possui vários resíduos de lisina em sua superfície, o que
o permite fazer interação eletrostática com o Complexo III e o IV.
O Complexo IV 
A CTE em ação 
Gradiente de Prótons Mitocondrial
Gradiente de Prótons Mitocondrial
ATPsintase (ATPase)
http://www.sciencemag.org/feature/data/1045705.shl
Sambongi et al., 1999, Science 286, 1722 -1724 
ATPsintase 
Síntese de ATP
afunila prótons voltando
através da membrana para
direcionar a produção de ATP
Transporte de elétrons
gera energia para bombear prótons
através da membrana, criando um 
gradiente de concentração
citossol
espaço
intermembrana
membrana mitocondrial externa
membrana
interna
complexos
da membrana
matriz
elétrons do 
NADH
elétrons do 
FADH2
carreadores móveis de elétrons
A concentração de prótons fora da matriz é maior do que 
dentro, devido ao bombeamento de prótons
ATP 
sintase
A CTE em ação 
Lançadeiras = Circuitos = SIV = Shuttle
Transferência de equivalentes de redução do citossol para a matriz mitocondrial
NAD+, NADH, NADP+, NADPH, FAD, FADH2 e CoA não são transportados através da membrana 
interna da mitocôndria.
α-glicerol fosfato
desidrogenase
mitocondrial
(flavoproteína)
Lançadeira de α-glicerol fosfato
α-glicerol fosfato
desidrogenase
citossólica
diidroxiacetona
fosfato
α-glicerol fosfato Coenzima Q reduzida
Coenzima Q oxidada
membrana
interna da
mitocôndria
O funcionamento da lançadeira necessita de pares de enzimas citossólica/mitocondrial
NADH produzido no citossol (em qualquer reação e quer precisa ser transferido para a matriz 
mitocondrial) é usado para reduzir diidroxiacetona fosfato em glicerol fosfato pela enzima citossólica. 
Os elétrons do NADH agora estão no glicerol fosfato e são transferidos para o FAD de uma 
flavoenzima mitocondrial, que repassa os elétrons para CoQ
Lançadeiras
O funcionamento da lançadeira necessita de pares de enzimas citossólica/mitocondrial
O NADH do citossol reduz oxaloacetato a malato, que entra na mitocôndria por um trocador 
malato/α-cetoglutarato. Este malato é oxidado a oxaloacetato, gerando NADH.
O oxaloacetato, via transaminase, é convertido a aspartato, que sai, por um trocador de glutamato. No 
citossol, a transaminase converte o aspartato em oxaloacetato 
malato
desidrogenasec
malato
desidrogenase
membrana
mitocondrial
interna
Lançadeira Malato-Aspartato
matriz mitocondrial
transaminase
glutâmico-oxalacéticatransaminase
glutâmico-oxalacética
citossolmembrana
mitocondrial
interna
matriz mitocondrialcitossol
piruvato
fosfato
malato
fosfato
glutamato
malato
malato
citrato 
aspartato 
α-cetoglutarato
Transportadores Mitocondriais
Transporte de ATP, ADP e Pi
Movimentos Flagelares
Estequiometria?
Geração de Calor pela Mitocôndria - UcP
Regulação da Fosforilação Oxidativa
ATP sintase: - gradiente de prótons
- concentração de ADP, Pi
Gradiente de prótons: - ATPsintase
- transporte de elétrons
- outros transportadores (UCP, ANT...)
Cadeia de transporte de elétrons: - NADH, FADH2, O2
- gradiente de prótons 
↓ ATP
Inibição do Transporte de Elétrons
- Complexo I: - Oftalmopatia hereditária de Leber
- Deficiência de riboflavina (B2)
- Rotenona (Lonchocarpus ou Derris)
- Doença de Parkinson
- Complexo II: - Malonato, metilmalonato
- Complexo III: - Mutações citocromo b, bc1
- Antimicina (Rhodobacter)
- Complexo IV: - MELAS, MERRF
- Deficiência de Cobre, Ferro
- CN- e CO
I. Complexo NADH desidrogenase
Rotenona
Amital
II. Complexo succinato desidrogenase
Malonato
IV. Complexo citocromo-oxidase
Monóxido de carbono
Azida sódica
Cianeto de potássio
ATP sintase
Oligomicina
III. Complexo 
citocromo b-c1
Antimicina A
Inibidores Específicos 
Estudar os inibidores utilizando o simulador
Regulação Farmacológica da Fosforilação Oxidativa
- Oligomicina: - inibidor da ATPsintase (porção FO)
- produzido por bactérias Streptomyces
- não permite entrada de prótons por FO
- Atractilosídeo: - inibidor do translocador ADP/ATP
- Produzido por 
Atractylis gummifera
Regulação Farmacológica do ∆Ψ
- Dinitrofenol e FCCP: - ionóforos de H+ 
- ácidos fracos, lipofílicos
- “pílula da dieta”
Levine JA, Eberhardt NL, Jensen MD. (1999) Role of nonexercise
activity thermogenesis in resistance to fat gain in humans. Science
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Ganho de Peso e Acoplamento 
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