AULA 4 CADEIA RESPRIA 2016 ESSA2 Cópia

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AULA DE BIOQUIMICA
CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS E
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
Profa. Dra. Bernadete Medeiros
ESQUEMA DA OXIDAÇÃO DA GLICOSE
Ciclo de Krebs e a cadeia respiratória
Profa. Dra. BERNADETE MEDEIROS
MITOCÔNDRIA 
O modelo do mosaico fluido para a estrutura da membrana interna mitocondrial é adequado para explicar as propriedades transdutoras de energia da mitocôndria. A membrana é constituída de proteínas integral e periférica com cerca de 50 e 25%, respectivamente.
 
A MEMBRANA EXTERNA DA MITOCONDRIAL É PERMEÁVEL A MOLÉCULAS PEQUENAS E ÍONS. ENTRETANTO A MEMBRANA INTERNA É IMPERMEÁVEL À MAIORIA DAS MOLÉCULAS PEQUENAS, ÍONS E INCLUSIVE O H+ . 
A MEMBRANA INTERNA É TRANSDUTORA DE ENERGIA (converte uma forma de energia em outra ).
A MATRIZ CONTÉM O COMPLEXO ENZIMÁTICO PIRUVATO-DESIDROGENASE E AS ENZIMAS DO CICLO DE KREBS , EXCETO A SUCCINATO DESHIDROGENASE QUE ESTÁ LIGADA AO COMPLEXO II, DA CADEIA RESPIRATORIA.
O diâmetro da mitocôndria é de 0,7 a 1,0 µm
BIOENERGÉTICA
Na cadeia respiratória os passos do transporte de elétrons e o mecanismo pelo qual se conserva a energia disponível, para síntese de ATP, constituem, um dos processos biológicos mais 
 FASCINANTE DA NATUREZA.
CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS NA MITOCÔNDRIA
O TRANSPORTE DE ELÉTRONS ESTÃO AGRUPADOS EM 4 COMPLEXOS
 QUE SÃO DENOMINADOS DE I,II,III e IV ,INSERIDOS NA MEMBRANA CADA COMPLEXO É CONSTITUÍDO DE PROTEINAS ASSOCIADOS A DIFRENTES GRUPOS PROSTÉTICOS COMO Coenzima FMN, FAD, centros ferro-enxofre (Fe-S), grupos heme (citocromos) e íons de cobre.
 A UBIQUINONA OU “Q” NÃO FAZ PARTE DOS COMPLEXOS É CONSIDERADO UM TRANSPORTADOR REDOX MÓVEL.
 CONECTA OS COMPLEXOS I e II AO COMPLEXO III. 
 O CITOCROMO “C” CONECTA O COMPLEXO III AO IV.
AS SETAS INDICAM A TRAJETÓRIA DOS ELÉTRONS PROVENIENTES DO NADH.H+ OU DO SUCCINATO ATÉ ACEPTOR FINAL DE ELÉTRONS O OXIGÊNIO.
OS GRUPOS PROSTÉTICOS DOS COMPLEXOS QUE ATUAM COMO CENTROS DE ÓXIDO-REDUÇÃO.
(Prostético é um componente de natureza não protéica que é essencial a proteína).
 A coenzima FLAVINA MONONUCLEOTÍDIO (FMN), componente do Complexo I, é um derivado da riboflavina.
Recebe 2 Prótons e 2 Elétrons e sua forma reduzida é FMNH2 .	 
OS CENTROS FERRO-ENXOFRE (centro Fe-S) QUE SÃO ENCONTRADOS NOS COMPLEXOS I,II e III.
A ESTRUTURA DOS centros Fe-S É DO TIPO Fe4-S4.
OS ÁTOMOS DE FERRO ESTÃO LIGADOS AOS DE ENXOFRE E A CISTEÍNA. QUE É UM AMINOÁCIDO DA CADEIA POLIPEPTÍDICA DA PROTEÍNA FERRO-ENXOFRE.
SÃO TRANSPORTADORES UNICAMENTE DE ELÉTRONS CUJA VALÊNCIA ALTERNA ENTRE Fe3+ a Fe2+
 UBIQUINONA OU COENZIMA Q (CoQ ou Q ).A cadeia lateral com 10 unidades de isopreno proporciona uma propriedade HIDROFÓBICA. Ubiquinona oxidado (Q) recebe 2 H+ + 2e- originando QH2
Os citocromos são proteínas transportadoras de elétrons que tem como características a presença de um grupo heme (ferro) como grupo prostético. Conforme a ação catalítica os átomos de ferro oscilam entre o estado oxidado (Fe3+ ) e o reduzido (Fe 2+ ). 
A classificação em citocromos a,b e c é de acordo com a estrutura química do citocromo. 
ESTRUTURA DO FAD
Flavina adenina dinucleotídeo 
CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS 
 NOS COMPLEXOS I,II,III e IV.
CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS E OS COMPLEXOS
O transporte de elétrons funcionam em uma sequência determinada. NADH.H reduz o complexo I e o FADH2 o complexo II. A cadeia consiste de uma sequência de reações redox na qual os elétrons são transferidos das coenzimas reduzidas para o oxigênio. 
CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS COM OS 4 COMPLEXOS E O MODULO DE ATP sintase 
FLUXOS DE ELÉTRONS E DOS PRÓTONS.
PARTICIPAÇÃO DE Coenzima FMN ,Coenzima Q(CoQ) e Citocromos a,a3 ,b, c e c1 como também dos CENTROS FERRO-ENXOFRE (Fe-S) e do O2
DESCRIÇÃO DOS COMPLEXOS I,II,III e IV 
COMPLEXO I 
 Catalisa a transferência de 2H+ + 2 e- do NADH.H+ para a CoQ. Os elétrons do NADH.H+ reduz FMN para FMNH2. A redução do FMN implica no deslocamento de um próton da matriz para o espaço intermembranas.
 Os elétrons do FMNH2 são transferidos para um dos 7 centros do Fe-S e em seguida são entregue a CoQ. 
O complexo F-S reduzido é reoxidado para Fe3+ os elétrons são entregues a CoQ.
 São consumidos prótons da matriz para converter CoQ em CoQH2 
 As setas vermelhas indicam o caminho dos elétrons do NADH ao FMN e em seguida ao centros Fe-S e transferidos para CoQ. As setas verde indicam a movimentação de prótons, deslocado da matriz (setas finas) e bombeados para espaço intermembranas (seta grossa). 
COMPLEXO I
Durante a transferência dos dois elétrons através dos centros redox do complexo I. Cada NADH oxidado são deslocados 
4 prótons da matriz mitocôndrial para o espaço intermembranas.
O fluxo de prótons gera um potencial eletro-químico através da membrana interna da mitocôndria. 
A célula conserva parte da energia liberada pela reação de transferência de prótons para a síntese de ATP
 COMPLEXO II - NO CICLO DE KREBS O SUCCINATO É OXIDADO A FUMARATO PELA ENZIMA succinato desidrogenase E O FAD É REDUZIDO A FADH2 .
 ATENÇÃO: a succinato desidrogenase é a única enzima do ciclo de Krebs que é integrante da membrana interna da mitocôndria.
COMPLEXO II 
 A succinato desidrogenase e o FAD estão ligados a membrana interna da mitocôndria. 
Os elétrons do succinato reduz o FAD para FADH2 que passa por centros de Fe-S para chegar a CoQ. 
São consumidos prótons da matriz para converter CoQ em CoQH2 . 
Observe que os prótons do FADH2 são devolvidos para a matriz da mitocôndria. 
COMPLEXO II
O FADH2 produzido no ciclo Krebs não deixa o complexo II, mas os seus elétrons são transferidos para complexo ferro-enxofre e para CoQ.
Talvez pela localização do complexo de não atingir a parte externa da membrana, não bombeia prótons através da membrana da mitocôndria. Portanto a variação de energia livre é baixa, não atingindo valores para produção de ATP
COMPLEXO III
A oxidação da coenzima QH2 e redução do citocromo c, promove a retirada de dois prótons da matriz e o deslocamento de quatro prótons para espaço intermembranas De forma didática o ciclo Q é desmembrado em duas fases. 
QH2 libere 1 elétron e 1 próton, formando QH. O elétron segue QH2→Fe-S→c1→c e o H+ é deslocado para intermembranas. O radical livre QH. converte-se na forma oxidada Q devido a transferência de elétrons para citocromo b e saída de próton.
Q migra para o sítio catalítico onde recebe o elétron do citocromo b e reage com um H+ da matriz, reconstituindo QH.
Portanto, a transferência de um dos elétrons de QH2 para o citocromo c resulta na saída de 2H+, consumo de um H+ da matriz para formar QH.
 
Outra molécula de QH2 percorre a mesma sequência de reações descrita na fase anterior, até a passagem do elétron para os citocromos b e formação de Q, que deixa o complexo. A redução da segunda molécula de citocromo c promove o deslocamento de 2H+, consumo de 1 H+ da matriz, regeneração da molécula de QH2 consumida e a produção da forma oxidada da coenzima Q.
O COMPLEXO IV TRANSFERE ELÉTRONS PARA OXIGÊNIO
Oxida o citocromo c (cit c) e reduz o O2. A cit c oxidase catalisa a transferência de 4 elétrons do cit c para O2 para formar água. Também transloca 4 prótons da matriz para o espaço intermembranas.
4 cit c2+ + O2 + 4H+ → 4 cit c3+ + 2H2O
A utilização do O2 corresponde a 95% de todo o oxigênio consumido por organismo humano e a produção de água atinge 300 mL por dia.
Os componentes da cadeia de transporte de elétrons, dos complexos de I a IV, organizam-se em ordem crescente de potenciais de redução padrão (E0’) de - 0.3 a + 0,82. Portanto, a transferência de elétrons de um componente para o seguinte constituem reações de óxido-redução termodinâmica favoráveis
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
MODELO DA ESTRUTURA DA ATP sintase.
O setor F1 é formado de diferentes polipetidios (α,β,γ,δ).
O Fo é constituído por 4 polipeptidios diferentes e tem caráter hidrofóbico, formando um canal através da membrana.
O circuito de prótons da mitocôndria.
O fluxo dos elétrons através dos complexos é acompanhado por um deslocamento de prótons através da membrana interna da matriz para o espaço intermembranas. Resultando em um gradiente de concentração de prótons através da membrana.
No complexo ATP síntase a energia livre da concentração de prótons é utilizada para conversão do ADP + Pi para ATP 
TEORIA QUIMIOSMÓTICA DE PETER MITCHELL.
A energia de transporte de elétrons é utilizada para bombear prótons para o espaço intermembranas. A consequência do bombeamento é a produção de um gradiente de prótons ou pH. 
O gradiente formado constitui uma força próton-motriz capaz de produzir ATP de ADP +Pi, na estrutura ATP sintase. Como também
o retorno do próton para matriz é através desse módulo. 
∆pH = Diferença de pH entre o interior e outro lado da membrana
 ∆= Potencial de membrana.Diferença de potencial elétrico entre duas fases separadas por uma membrana. Força próton- motriz
ANALOGIA ENTRE FORÇA ELETROMOTRIZ E PROTON MOTRIZ 
a)Reação de redox em sistema separados mostrando a migração do elétron. A diferença do potencial elétrico é a força eletromotriz. b) Transdução da energia na membrana mitocondrial e a cadeia de transporte de elétrons. O deslocamento de H+ através da membrana resulta em um gradiente de H+, que serve de reserva de eletroquímica. O fluxo do H+ no modulo ATP síntase é elo na formação do ATP, na mitocôndria.
LOCAIS ONDE A LIBERAÇÃO DE ENERGIA É SUPERIOR A 7.8 Kcal. A ENERGIA É UTILIZADA NA PRODUÇÃO DE 1 ATP
A energia livre total liberada é aproximado de ∆G0`= - 218 KJ . mol-1 é suficiente para sintetizar 3ATP partir de 3ADP e 3Pi .
Esse modelo é denominado fosforilação oxidativa.
FLUXO DE ELÉTRONS →
INIBIDORES DA CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS
INIBIDORES DA CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS
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PONTOS DE AÇÃO DE ALGUNS INIBIDORES DA CADEIA RESPIRATÓRIA.
CIANETO (CN-)
Tem grande afinidade ao íon Fe3+ mas não com Fe2+ .
Rapidamente liga-se ao íon Fe3+do citocromo c oxidase, impedindo o retorno ao estado Fe2+ . Essa reação bloqueia toda a cadeia respiratória e, por conseguinte também a produção do ATP.
Cianeto não se liga à hemoglobina normal porque não há Fe3+ . FIG. Hemoglobina Fig. Citocromo c
MONÓXIDO DE CARBONO (CO) 
Liga-se fortemente a hemoglobina das células vermelha do sangue. A proteína da hemoglobina contém íon Fe2+, que transporta oxigênio no organismo.
Nos pulmões uma molécula de hemoglobina liga-se a uma de O2 que reage com o átomo de Fe2+ formando oxiemoglobina.
De maneira análoga o CO se liga fortemente ao Fe2+ da hemoglobina formado o complexo carboxiemoglobina (COHB). Essa afinidade é cerca de 210 vezes superior, quando comparado com o O2.
 Portanto, uma quantidade pequena de COHB pode inativar a hemoglobina quanto a sua função.
O CO tem grande afinidade pelo íon Fe2+ e se liga a hemoglobina inibindo a sua atuação no transporte de O2. 
Nível elevado de COHB imediatamente, o transporte de oxigênio é desligado.
TRATAMENTO: Injeção de nitrito de sódio que oxida o Fe2+ da hemoglobina para Fe3+ 
ESTRUTURA QUIMICA DOS INIBIDORES:
AMITAL, RETONONA E ANTIMICINA A
AGENTES DESACOPLADORES
DA CADEIA RESPIRATÓRIO.
ESTRUTURA QUIMICA DOS DESACOPLADORES
2,4-DINITROFENOL, VANICILINA E GRAMICIDINA A 
AÇÃO DO 2,4-DINITROFENOL COMO DESACOPLADOR.
ESTÁ RELACIONADO COM O TRANSPORTE DE PRÓTONS ATRAVÉS DA MEMBRNA.
 DESFAZ O GRADIENTE DE PRÓTONS FUNDAMENTAL À PRODUÇÃO DE ATP.
 ATRAVESSA A MEMBRANA E COMO ÁCIDO FRACO ASSOCIA-SE AOS PRÓTONS NO ESPAÇO INTERMEMBRANA E DESLOCA PARA A MATRIZ.
PORTANTO IMPEDE A FORMAÇÃO DO GRADIENTE DE PRÓTONS TÃO NECESSÁRIO PARA A PRODUÇÃO DE ATP.
Bibliografia Recomendada
1. Anita Marzzoco e Bayardo B. Torres. Bioquímica Básica. Guanabara Koogan, 2007.
2. Mary K. Campbell e Shawn O. Farrell. Bioquímica. Thomson Learning Edições Ltda, 2008.