Fosforilação Oxidativa

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 Fosforilação Oxidativa 
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A oxidação da glicose, ácidos graxos e aminoácidos levam à produção de acetil-CoA. Essa oxidação leva 
a uma pequena produção de ATP, onde a maior parte da energia é conservada na forma de coenzimas 
reduzidas. Assim, as células aeróbias produzem a maior parte do seu ATP, utilizando a oxidação dessas 
coenzimas pelo oxigênio. Essa síntese de ATP é chamada de fosforilação oxidativa.
É a partir da oxidação dessas coenzimas que as células sintetizam o ATP. A oxidação dessas coenzimas 
libera uma grande quantidade de energia que ocorre ao final do processo com a transferência de 
elétrons para o oxigênio. O oxigênio ao receber esses elétrons forma a água.
A transferência de elétrons para o oxigênio ocorre em etapas. Dessa maneira, ocorre a transformação 
de energia contida nas coenzimas, reduzidas em um gradiente de prótons que será utilizado pelas 
células para sintetizar grandes quantidades de ATP.
Essas transferências de elétrons ocorrem através de uma maquinaria específica conhecida como cadeia 
transportadora de elétrons. Os componentes dessa cadeia estão em membranas e são distribuídos de 
acordo com o seu potencial de redução.
Os elétrons irão sair da coenzima reduzida para uma parte desses componentes da cadeia, que 
possuem o potencial redutor maior, e vão caminhando em sequência com potenciais de redução cada 
vez maiores, até encontrarem o oxigênio.
Ao mesmo tempo que os elétrons vão passando de cada uma para outro componente da cadeia, 
vai se formando um gradiente de prótons no espaço intermembranas. Ou seja, se estabelece uma 
concentração de prótons diferente em cada lado da membrana onde ocorre a transferência de elétrons.
Essa diferença de concentração de prótons ativa uma proteína que irá sintetizar o ATP.
Cadeia transportadora de elétrons
A maioria desses componentes se organizam em quatro complexos enzimáticos que são chamados de 
I, II, III e IV. Eles atravessam a membrana interna da mitocôndria. Cada um desses complexos possui 
várias subunidades proteicas que estão associadas a grupos prostéticos diferentes como: flavina 
mononucleotídeo, FAD, centros de ferro-enxofre, grupos heme e os íons de cobre.
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A cadeia transportadora possui estruturas móveis 
como a coenzima Q, também conhecida como 
ubiquinona, que irá conectar os complexos I e II ao 
complexo III. Outra estrutura é o citocromo c, que 
irá conectar o complexo III ao complexo IV.
Os grupos prostéticos irão funcionar como centros de 
oxirredução. O complexo I, também conhecido como 
NADH desidrogenase, ou ubiquinona oxirredutase, 
é a primeira enzima da cadeia transportadora de 
elétrons. A enzima irá transferir dois elétrons do 
NAD reduzido para a ubiquinona. Nesse momento, 
esse complexo transloca ou bombeia quatro prótons 
através da membrana interna. 40% da força próton-
motriz que é gerada pela cadeia transportadora 
corresponde ao complexo I.
Complexo I
O complexo I possui seu centro redox em uma 
molécula de flavina mononucleotídeo (FMN) e oito 
centros de ferro-enxofre que estão distribuídos ao 
logo da sequência linear. Essa proteína contém um 
sítio de ligação com a ubiquinona.
No complexo I, os elétrons são transferidos para a flavina mononucleotídeo e depois para os centros de 
ferro-enxofre e, logo após, para a ubiquinona. Durante esse processo, o complexo I transcola os prótons 
para o espaço intermembrana.
A ubiquinona (coenzima Q)
O complexo I: Ubiquinona-
oxidorredutase ou NADH 
desidrogenase
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Complexo II
O complexo II, também conhecido como succinato desidrogenase, é uma enzima que participa do ciclo 
de Krebs e da fosforilação oxidativa. Essa enzima catalisa a reação de oxidação de succinato a fumarato, 
com a redução concomitante de FAD.
A oxidação de FAD ocorre acoplada a ubiquinona e essa enzima é chamada de succinato-ubiquinona 
oxirredutase. O complexo II possui também o heme como grupo prostético. 
Os elétrons são transferidos para o FAD, que irá se reduzir e posteriormente doar os elétrons para 
uma série de centros de ferro – enxofre. Finalmente, os elétrons são recebidos pela ubiquinona e 
transportados para o próximo complexo, o III. O complexo II não contribui para a formação do gradiente 
de prótons. 
O complexo II: Succinato-
desidrogenase
A ubiquinona constitui um “ponto de encontro” de elétrons. Os elétrons, sejam provenientes do 
complexo I, do complexo II, ou ainda de outras procedências, serão encaminhados para o complexo III.
Localização da ubiquinona
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Complexo III
O complexo III, ou citocromo bc1 ou ubiquinona-citocromo c oxirredutase, transfere os elétrons da 
ubiquinona ao citocromo c. Nesse complexo também ocorre a translocação de prótons para o espaço 
intermembrana.
Os centros redox desse complexo são: citocromo b com os grupos heme, uma proteína ferro-enxofre e 
o citocromo c1.
Durante a oxidação da ubiquinona, um elétron será transferido para a proteína com o ferro-enxofre e 
o outro para o citocromo b. Como esses centros só recebem elétrons quando a ubiquinona é oxidada, 
dois prótons são bombeados para o espaço intermembrana da mitocôndria.
O complexo III apresenta dois sítios para a ligação com a ubiquinona: um próximo à superfície externa 
da membrana (sítio QO - outside) e outro no lado interno da membrana (sítio Qi - inside).
O complexo III: Citocromo 
c-oxidorredutase
Complexo IV
No complexo IV (ou citocromo c oxidase) ocorre a transferência de elétrons do citocromo c para o 
oxigênio.
Citocromo c
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Nesse complexo também ocorre o bombeamento de prótons para o espaço intermembrana. Seus 
centros redox são compostos por dois grupos heme e três íons de cobre. 
É na superfície externa da membrana interna da mitocôndria que os elétrons do citocromo c ganham 
o acesso ao complexo IV, utilizando os centros de cobre. Os elétrons vão para o heme e, depois, para 
outro centro de cobre e, finalmente, para o oxigênio.
Ao final, o oxigênio é reduzido a duas moléculas de água. Durante a transferência de elétrons para o 
oxigênio, ocorre a translocação de mais um próton para o espaço intermembrana da mitocôndria. No 
total, quatro prótons serão bombeados para o espaço a cada ciclo.
O complexo IV: 
Citocromo-oxidase
O gradiente de prótons formado retorna para a matriz mitocondrial e, assim, essa energia é utilizada 
para sintetizar o ATP. A enzima responsável por sintetizar o ATP é a ATP sintase.
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 Fosforilação Oxidativa.
 EXERCÍCIOS.
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1. (ENADE 2014) As mitocôndrias possuem dupla 
membrana (externa e interna) e um espaço 
intermembranar. A teoria quimiosmótica, 
introduzida por Peter Mitchell, em 1961, tem 
sido aceita como um dos grandes princípios 
unificadores da biologia no século XX, por explicar 
os processos de respiração celular que resultam 
na síntese de ATP.
MARGULIS, L. Origin of Eukaryotic Celis. Yale 
University Press, 1970.
Nessa perspectiva e de acordo com a imagem 
apresentada, é correto afirmar que a síntese do 
ATP (adenosina trifosfato), a partir da associação 
do grupamento fosfato (Pi) ao ADP (adenosina 
difosfato), depende:
 
a) da geração do gradiente de prótons (íons H+) 
pela cadeia transportadora de elétrons, que 
ativa a ATPsoma.
b) da ativação da ATPsoma, independentemente 
do gradiente gerado na cadeia transportadora 
de elétrons.
c) da geração de pelo menos 10 íons H+ na cadeia 
transportadorade elétrons, que dá início à 
conversão do NADH2 em NAD+.
d) de reações químicas por trocas de prótons 
e elétrons, que ocorrem de forma quase 
localizada entremolécula do NADH2 e o ADP + 
Pi.
e) da presença da membrana mitocondrial 
externa, pois sem ela não haveria a formação 
do gradiente deelétrons (íons H+) no espaço 
intermembranar.
2. Porque precisamos respirar para sobreviver?
3. O que é fosforilação oxidativa (F.O.)?
4. Qual a relação do processo de FO com a via 
glicolítica e com o ciclo de Krebs?
5. Descreva sobre a estrutura da cadeia 
transportadora de elétrons e sua função.
 questão enade
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6. O que é transporte acoplado e desacoplado? 
Qual a importância de cada um dos tipos de 
transporte para a sobrevivência das células?
7. Uma proteína capaz de desacoplar o sistema 
transportador de elétrons irá, em um primeiro 
momento:
a) Diminuir a síntese de ATP e diminuir a 
velocidade do sistema.
b) Aumentar a síntese de ATP e diminuir a 
velocidade do sistema.
c) Diminuir a síntese de ATP e aumentar a 
velocidade do sistema.
d) Diminuir apenas a síntese de ATP.
e) Não irá influenciar na resposta do sistema 
transportador de elétrons.
8. Que composto éo último aceptor de eletrons 
na cadeia respiratória?
a) Oxigênio
b) ATP
c) Gás Carbônico
d) Óxido Nitrico
e) Complexo IV
 questão resolvida na aula
9. Transporte de elétrons e fosforilação oxidativa 
são o mesmo processo? Explique.
10. Cite um inibidor do complexo III.
11. Cite um inibidor do complexo IV.
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 gabarito.
Resposta da Questão 1: [A]
Resposta da Questão 2: 
Através da inspiração a molécula de oxigênio é 
obtida e carreada para os tecidos através das 
hemácias. Esse oxigênio será utilizado pelas células 
para sintetizar o ATP, uma biomolécula energética 
que desempenha papel fundamental para que a 
celular possa realizar trabalho.
Resposta da Questão 3: 
Fosforilação oxidativa é o nome data para a síntese 
de ATP que é uma reação endergônica acoplada 
a reações de oxidação- redução provenientes das 
transferências de elétrons de componentes da 
cadeia transportadora de elétrons (essas reações 
são exergônicas).
Resposta da Questão 4: 
Através da oxidação completa da glicose que a 
fosforilação do ADP em ATP pode ocorrer. Para tal, 
a glicose é convertida a piruvato pela via glicolítica 
e posteriormente esse piruvato transformado 
em acetil-CoA que inicia o ciclo de Krebs. Tanto 
na via glicolítica, mas principalmente em Krebs, 
coenzimas como NAD e FAD são reduzidas e 
podem ser utilizadas no sistema transportador de 
elétrons que viabilizarão finalmente a fosforilação 
oxidativa.
Resposta da Questão 5: 
O sistema transportador de elétrons constitui-se de 
vários complexos enzimáticos que são chamados 
de I, II, III e IV que atravessam a membrana interna 
da mitocôndria. Cada um desses complexos 
possui várias subunidades proteicas que estão 
associadas a grupos prostéticos diferentes como 
Flavinamononucleotídeo, FAD, centros de ferro-
enxofre e grupos heme, ou ainda íons de cobre. 
Ainda temos a presença de estruturas móveis da 
cadeia transportadora. Uma delas, conhecida 
como coenzima Q ou ainda, ubiquinona, que 
irá concectar os complexos I e II ao complexo 
III. A outra estrutura móvel é o citocromo c que 
irá concectar o complexo III ao complexo IV. São 
nesse complexos enzimáticos que a transferência 
de elétrons ocorre, de um componente da 
cadeia transportadora para o seguinte, através 
de reações de oxidação e redução que são 
termodinamicamente favoráveis. A esse sistema 
está acoplado uma proteína que é capaz de 
sintetizar o ATP, processo que necessita de energia. 
Assim quando os elétrons são transportados 
complexo a complexo, prótons são bombeados 
para o espaço intermembrana da mitocôndria, 
gerando um gradiente de prótons. Quando eles 
retornam para a matriz mitocondrial, o fazem pela 
ATP sintase (proteína que sintetiza o ATP) e liberam 
energia ao realizarem esse movimento. Essa 
energia altera a estrutura da proteína ativando-o e 
consequentemente sua capacidade de fosforilar o 
ADP em ATP. Em resumo o sistema transportador 
é maquinaria fundamental para que ocorra a 
fosforilação oxidativa.
Resposta da Questão 6: 
O transporte desacoplado é quando a membrana 
interna da mitocondrial possui um proteína que 
faz com que os prótons do espaço intermembrana 
“vazem” além da ATP sintase. Esse tipo de situação 
desconecta a cadeia transportadora de elétrons da 
ATP sintase fazendo com que o sistema aumente 
de velocidade para compensar a dimunição de ATP 
sintetizado. Geralmente, a proteína desacopladora 
libera calor durante a passagem desses prótons e 
esse calor poderá ser utilizado de alguma forma 
para a célula ou tecido. Essas proteínas são 
conhecidas como UCP (Uncoupling Protein). Uma 
situação bem conhecida ocorre no tecido adiposo 
marrom de mamíferos.
Resposta da Questão 7: [C]
Resposta da Questão 8: [A]
Resposta da Questão 9: 
Não. Cada um representa um parte do processo 
de síntese do ATP. Para a fosforilação oxidativa 
ocorrer ela necessita da energia favorável 
produzida através de seu acoplamento ao sistema 
transportador de elétrons. 
Resposta da Questão 10: 
O antibiótico Antimicina A.
Resposta da Questão 11: 
Monócido de carbono. Cianeto, azida.