mitocondria cadeia de transporte e fosforilação

Prévia do material em texto

1
Mitocôndria
Profa. Marise Bioquímica 
Morfologia
� Membrana 
externa
� Espaço 
intermembranas
� Membrana 
interna
� Matriz 
mitocondrial
Organização geral da mitocôndria. 
Alberts et al., Molecular Biology of the 
Cell, Fourth Edition.
Composição
� Membrana externa e membrana interna:
� 2 compartimentos: matriz e espaço intermembranas;
� Membrana externa (porinas); permeável a moléculas de até 5.000 
daltons
� Espaço intermembrânico - enzimas que usam o ATP para fosforilar 
outros nucleotídeos
� Membrana interna - ácido graxo cardiolipina e componentes da cadeia 
respiratória; forma as chamadas cristas mitocondriais; ATP-sintase e 
Bomba de prótons
� Matriz - centenas de enzimas, DNA, ribossomos, tRNAs
2
Membrana interna da 
mitocôndria (M.I.M.) 
A importância do papel bioquímico da:
Transportes 
específicos
Coenzimas não 
atravessam a MIM
Coenzimas reduzidas 
no citossol não 
passam pela MIM.
Lançadeira do Malato-aspartato
3
Lançadeira do glicerol-fosfato
Transporte de citrato: uma forma de 
exportar grupamentos acetil
Transporte de nucleotídeos de 
adenina e fosfato
4
OPS.: 
� Tradução do poder redutor do NADH e FADH2 em 
energia útil;
� Oxigênio último aceptor dos elétrons;
� Cadeia de transporte de elétrons: reações de 
oxiredução
� Pares redox.
� Facilidade de doar elétrons (agente redutor) para um 
aceptor de elétrons (agente oxidante) = Potencial de oxi-
redução (medido em fem de uma meia célula).
� Padrão: ∆E0 do eletrodo de hidrogênio = 0,0V a pH 0,0
∆E0’ (pH = 7,0)= 0,42 V
� ∆E0’ mais negativo maior tendencia de doar elétrons do 
que valores maiores.
NAD+ +2H+ + 2e- � NADH + H
+ ∆E0’ = -0,32V
½ O2 + 2H
+ + 2e- � H2O ∆E0’ = +0,82V
Reação na cadeia de transporte de elétrons
NADH + H+ � NAD
+ +2H+ + 2e- ∆E0’ = +0,32V
½ O2 + 2H
+ + 2e- � H2O ∆E0’ = +0,82V
________________________________________________
NADH + H+ + ½ O2
�
1/2 H2O ∆E0’ = 1,14V
∆G0’= -52,6 kcal/mol (÷) = 7,3 kcal/mol ~7
� NAD+ + 2e- + 2 H+ � NADH + H+ ∆E0= -0,32V
� ½ O2+ + 2e- + 2 H+ � H2O ∆E0= +0,82V
� NADH + H+ � NAD+ + 2e- + 2 H+ ∆E0= +0,32V
� ½ O2+ + 2e- + 2 H+ � H2O ∆E0= +0,82V
½ O2+ NADH + H+ � H2O + NAD+ ∆E0= +1,14V
5
Complexo 
I
Complexo 
II
Complexo 
III
Ciclo dos ácidos tricarboxílico
Cadeia de transporte de 
elétrons (1ª parte)
Complexo 
III
Proteínas Fe-S (ferro-enxofre)
Proteinas 
ligadas a 
flavina e 
contendo Fe
6
Desidrogenases ligadas a flavina da 
cadeia de transporte de elétrons
Flavoproteína elétron-
transferidora: cofator FAD
NADH desidrogenase: cofator 
de FMN
Citocromos: classe de proteínas caracterizadas pela 
presença do grupo HEME contendo Fe3+
Centro HEME do cit. c
7
Coenzima Q = Ubiquinona
� A queda de potencial elétrico ocorre em potencial 
discretos: para cada sítio queda de 0,3V �∆G’0= -
13,8kcal/mol=> suficiente para síntese de 1 ATP
Inibidores da cadeira de transporte de 
elétrons
8
Envenenamento por cianeto (CN-)
Desenvenenando UFA!!!
Cadeia de transporte de elétrons: 
bombeamento de prótons
Espaço intramembrana
Matriz mitocondrial
9
NADH desidrogenase: possui 1 flavina 5 proteínas ferro-enxofre.
Citocromo b-c1: que possui 3 hemes ligados a citocromos e 1 uma proteína ferro-
enxofre.
Citocromo oxidase: possui 2 hemes ligados a citocromos e 2 proteínas com átomos 
de cobre.
Ubiquinona e Citocromo c: carreadores entre os complexos
Produção de energia
� Respiração celular:
� Processo de oxidação
� Gás oxigênio atua como agente oxidante de moléculas orgânicas
� Energia das moléculas orgânicas:
� Liberada pouco a pouco (aproveitamento)
� Sequência ordenada de reações químicas
� Armazenamento em forma de ATP
� Mitocôndria
� Organela conversora de energia
� Suporte ao transporte de elétrons 
� Bomba de prótons
Cadeia de transporte de elétrons e 
Fosforilação oxidativa
� Síntese de ATP acoplada à reoxidação das moléculas de 
NADH e FADH2
� Liberação de elétrons com alto nível de energia
� Condução dos elétrons:
� 4 complexos de proteínas presentes na membrana interna 
� Cada complexo da cadeia tem uma afinidade maior para elétrons do 
que o predecesor
� Condução dos elétrons até O2
10
Espaço entre 
membranas
Membrana 
interna da 
mitocôndria
Espaço da matriz 
mitocondrial
Cadeia de 
transporte 
de elétrons
A matriz mitocondrial se 
torna mais alcalina: ↓ [H+] 
pois saem prótons
O espaço entre membranas 
se torna mais ácido: ↑[H+] 
pois entram prótons
Fosforilação
oxidativa:
Bombeamen
to de prótons 
e 
acoplamento 
quimios
mótico
H+
NAD+
� A queda de potencial elétrico ocorre em potencial 
discretos: para cada sítio queda de 0,3V �∆G’0= -
13,8kcal/mol=> suficiente para síntese de 1 ATP
Estrutura da próton ATPase
Matriz
Espaço entre membranas 
da MIM e a externa
Espaço 
interno 
da MIM
Gaiola de prótons
eos
11
� A ATP sintetase 
� (F0F1 ATPase) pode ser ser 
purificada e adicionada à 
membranas artificiais (possui 
por volta de 9 polipeptídeos 
com +/-500.000 Daltons que 
correspondente a 15% da 
proteína total da membrana 
interna);
� A porção transmembrana (F0) 
funciona como uma carreador 
de H+ e a voltada para a 
matriz (F1ATPase) 
normalmente sintetiza ATP 
quando íons H+ passam por 
ela a favor de seu gradiente.
ATP sintetase. Alberts et al., Molecular Biology of the Cell, 
Fourth Edition.
• Ionóforos de H+ (agentes desacopladores) dissipam o 
gradiente de H+ e desta forma, separam o transporte elétrons 
da síntese de ATP;
•Descopladores da cadeia de transporte de elétrons e da 
fosforilação oxidativa: 2,4-dinitrofenol e carbonilcianeto-p-
trifluorometoxi fenil-hidrazona (FCCP).
• Ionóforos naturais convertem as mitocôndrias da gordura 
marrom em máquinas geradoras de calor (Brown fat presentes 
em animais que hibernam e recém-nascidos).
Mecanismo geral da fosforilação oxidativa. Alberts et al., Molecular 
Biology of the Cell, Fourth Edition.
12
H+
H+
H+
H+
Gradiente eletroquímico de prótons: Síntese de ATPs e transporte ativo de 
proteínas, substratos, íons;
Proteínas carreadoras de membrana: transporte ativo de moléculas (contra o 
gradiente) - co-transporte de outra molécula (a favor do gradiente).
� O Ciclo do ácido cítrico ou de Krebs, oxida o grupo acetil da 
Acetil-CoA gerando NADH e FADH2.
� A oxidação de gordura libera + de 6X + energia do que a 
mesma massa de carboidratos.
13
Força
Motriz
� Voltar ao início dos slides
� A ATP sintetase pode funcionar na direção contrária e consumir ATP 
e bombear H+
� Regulada pelo gradiente eletroquímico de prótons
� Balanço exato da D da energia livre para a translocação de H+ através 
da membrana e para síntese de ATP
� Aproximadamente 1 ATP é formado para cada 3 H+ que passam pela 
ATP sintetase 
A ATP sintetase é uma máquina 
acopladora reversível. Molecular Biology 
of the Cell, Fourth Edition.
14
☺