CADEIA RESPIRATÓRIA E FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA

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 Transporte de élétrons e fosforilação oxidativa
1 - Introdução
2 - Formas de formação de ATP
3 - Mitocondria – características gerais – componentes da cadeia
4 - Óxido redução: conceitos, organização dos componentes da
 cadeia de acordo com seus potenciais de óxido redução
5 - Esquema geral de funcionamento da cadeia de transporte de e-
6 - Inibidores e desacopladores do Sistema
7 - Produção de ATP por molécula de glicose
 Aproveitamento de NADH citoplasmático através de lançadeiras
8 - Produção de calor
9 - Regulação do Sistema
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Metabolismo: integração entre catabolismo e anabolismo
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Estágio 1
Produção de
Acetil-CoA
Estágio 2
Oxidação de
Acetil-CoA
Estágio 3
Transporte 
de elétrons e
fosforilação
oxidativa
Catabolismo
de
proteínas
lipídeos
e
 carboidratos
mitocôndrias
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Localização da glicólise e do ciclo de Krebs (tricarboxilicos ou dos ácidos cítricos) e do transporte de elétrons e fosforilação
Citoplasma
Interior da mitocôndria
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 Transporte de élétrons e fosforilação oxidativa
1 - Introdução
2 - Formas de formação de ATP
3 - Mitocondria – características gerais – componentes da cadeia
4 - Óxido redução: conceitos, organização dos componentes da
 cadeia de acordo com seus potenciais de óxido redução
5 - Esquema geral de funcionamento da cadeia de transporte de e-
6 - Inibidores e desacopladores do Sistema
7 - Produção de ATP por molécula de glicose
 Aproveitamento de NADH citoplasmático através de lançadeiras
8 - Produção de calor
9 - Regulação do Sistema
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Os produtos formados na hidrólise do ATP são mais estáveis porque fazem ressonância e apresentam menos repulsão eletrostática
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Existem duas formas de formação do ATP
1 – Fosforilação ao nível de Substrato
2 – Fosforilação através da cadeia transportadora 
 de elétrons acoplada a fosforilação 
(nos animais)
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Gliceraldeido 3-fosfato desidrogenase
Enzima da via glicolítica
NADH produzido no citoplasma*
Destino do NADH em meio aeróbico e meio anaeróbico 
Produto desta reação contém
energia para fosforilar ADP em
ATP
(1)
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Fosforização ao nível de substrato
Conversão do succinil-CoA em succinato
Etapa de fosforilação da enzima 
GTP ou ATP (ΔG’º = 0)
(1)
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No passo 1, um grupo fosforil ocupa o lugar da CoA no succinil-CoA ligado a enzima, formando um composto acila-fosfato de alta energia. No passo 2, o succinil-fosfato cede seu grupo fosforil para um resíduo de histidina da cadeia polipeptídica da enzima, formando um derivado de alta energia. No passo 3, o grupo fosforil é transferido desse resíduo de His para o grupo fosfato terminal da molécula de GDP (ADP) formando GTP (ATP).
Mecanismo da reação da succinil-CoA sintetase
Inicialmente o succinil-CoA se liga à enzima succinil-CoA sintetase.
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 Transporte de élétrons e fosforilação oxidativa
1 - Introdução
2 - Formas de formação de ATP
3 - Mitocondria – características gerais – componentes da cadeia
4 - Esquema geral de funcionamento da cadeia de transporte de e-
5 - Óxido redução: conceitos, organização dos componentes da
 cadeia de acordo com seus potenciais de óxido redução
6 - Inibidores e desacopladores do Sistema
7 - Produção de ATP por molécula de glicose
 Aproveitamento de NADH citoplasmático através de lançadeiras
8 - Produção de calor
9 - Regulação do Sistema
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Estrutura da mitocondria
 Membrana externa
 Membrana interna
 Matriz mitocondrial
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Estudo dos componentes
da membrana mitocondrial
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Complexos proteícos transportadores de elétrons
O que são grupos prostéticos?
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COMPONENTES DA CADEIA RESPIRATÓRIA
COMPLEXO I: recebe elétrons do NADH
COMPLEXO II: recebe elétrons do FADH2
UBIQUINONA (Q)
COMPLEXO III
CITOCROMO c e COMPLEXO IV
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4H+
4H+
2H+
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA DO ADP
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O gradiente eletroquímico de prótons gerado durante o transporte de elétrons é usado para síntese de ATP através do complexo ATPsintase
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Modelo mostrando a síntese de ATP
Proteínas transportadoras de eletrons
Proteínas integrais e periféricas
Extrusão de prótons
Complexo ATP sintase
Gradiente químico
Gradiente elétrico
Gradiente eletroquímico
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 Transporte de élétrons e fosforilação oxidativa
1 - Introdução
2 - Formas de formação de ATP
3 - Mitocondria – características gerais – componentes da cadeia
4 - Esquema geral de funcionamento da cadeia de transporte de e-
5 - Óxido redução: conceitos, organização dos componentes da
 cadeia de acordo com seus potenciais de óxido redução
6 - Inibidores e desacopladores do Sistema
7 - Produção de ATP por molécula de glicose
 Aproveitamento de NADH citoplasmático através de lançadeiras
8 - Produção de calor
9 - Regulação do Sistema
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Potencias de óxido-redução 
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Reações de óxido-redução
 Ared Aox + e- oxidação
As formas oxidada e reduzida do composto (Ared / Aox ) constituem um sistema chamado par redox. 
Box + e- Bred redução
 Ared + Box Aox + Bred reação de óxido-redução
 Nas reações de óxido redução biológicas, os elétrons transferidos são geralmente acompanhados de prótons ou seja há transferência de átomos de hidrogênio:
AH2 + B A + BH2
(red) (ox) (ox) ( red)
A tendência do par redox (Ared / Aox ) em perder ou ganhar elétrons é expressa pelo seu potencial de óxido-redução, representado por E que depende das espécies envolvidas e das concentrações da forma oxidada e reduzidas das espécies.
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Uma vez conectadas as meias células, os elétrons fluem de uma meia célula para outra
Se a reação se proceder na seguinte direção:
 X- + H+ X + ½ H2 
Nas meias células as reações serão:
 X- X + e-
 H+ + e- ½ H2 
Os eletrons fluem da meia célula onde está a substância teste (X) para a meia célula de referência ( padrão)
Dessa forma , o eletrodo é negativo em relação ao eletrodo padrão.
O potencial redox do par H+: H2 é definido como sendo 0 V (volts)
Potencial negativo significa que um substrato tem menor afinidade por elétrons do que H2
Potencial positivo significa que um substrato tem maior afinidade por elétrons que H2
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OXIDAÇÃO DO NADH ATÉ OXIGÊNIO
 NAD+ + H+ + 2e- NADH Eo' = - 0,32V
 ½O2 + H+ + 2e- H2O Eo' = + 0,82V
 A reação acontecerá da seguinte forma:
 ½O2 + NADH + H+ H2O + NAD+ Eo' = +1,14 V
Aplicando a equação:
Go' = - nF.Eo'
 = -2 x 96.500 x [0,82 - (- 0,32)]
 = - 220 kJ /mol 
 
 Potenciais de óxido-redução
ΔEo' = Eo' do oxidante - Eo' do redutor
 = 0,82 - ( - 0,32) 
 = 1,14 V
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 Um forte agente redutor, como NADH e FADH2 tem potencial redox negativo 
 Um forte agente oxidante, como O2 , tem potencial redox positivo
 A variação de energia livre de uma reação de oxido-redução pode ser facilmente calculada somente avaliando a diferença de potencial redox dos reagentes e produtos.
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Proteínas transportadoras de eletrons
Complexo I= NADH desidrogenase
Complexo II= succinato desidrogenase
Complexo III= ubiquinona: citocromo c oxidoredutase
Citocromo c 
Complexo IV= citocromo oxidase
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 NADH: ubiquinonaoxidoredutase
NADH desidrogenase (FMN) + 2H+ + 2e- NADH desidrogenase (FMNH2) flavina mononucleotídeo é derivado da riboflavina (vitamina B2)
Os centros Fe-S não recebem protons , são transportadores de eletrons. Fe3+ para Fe2+. Os protons são transferidos para o espaço intermembrana. Primeira etapa na formação do gradiente de prótons.
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Complexo II também chamado de succinato desidrogenase. A enzima succinato desidrogenase faz parte do complexo
Grupo prostéticos: FAD e centros Fe-S
Eletrons são transferidos do succinato ao FAD, aos centros Fe-S e depois para a ubiquinona (Q).
Outras desidrogenases: acil-CoA desidrogenase da β-oxidação transfere os eletrons para a enzima transferidora de eletrons (ETF) que tem o FAD como grupo prostético e depois para a ETF: ubiquinona oxidoredutase e finalmente para a ubiquinona.
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Aproveitamento do NADH do citosol gerado na glicólise
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Coenzima Q ou ubiquinona
Cadeia lateral composta de unidades isoprênicas. Não é uma proteína.
Naureza hidrofóbica = mobilidade na fase lipídica da membrana.
Recebe 2 protons e dois eletrons e se torna reduzida (ubiquinol).
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O ion Ferro presente no grupo heme é o responsável pela capacidade de transferência de eletrons destas proteínas, alternado seu estado de oxidação de Fe+2 e Fe+3. O grupo heme varia de citocromo para citocromo conforme seus grupos substituintes.
Também diferem quanto aos ligantes axiais do ion ferro.
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Complexo citocromo bc1 ou ubiquinona: citocromo c oxido redutase 
(complexo III)
Constituído de dois citocromos b (b562 e b566), por um centro Fe-S e pelo citocromo C1.
Os eletrons da coenzima Q são transferidos para o complexo III e os prótons são transferidos para para o espaço intermembrana.
Sítios de ação de drogas que inibem a fosforilação oxidativa: antimicina e mixotiazol.
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Complexo IV: transfere eletrons para o oxigênio. Também é chamado de citocromo c oxidase. Apresenta dois citocromos do tipo a (a e a3) e dois íons cobre, cada qual associado a um dos dois citocromos. Estados de oxidação do cobre: Cu+2 e Cu+1. O complexo IV é responsável pela doação de quatro eletrons para a molécula de oxigênio, que ligando-se aos prótons do meio converte-se em H2O. 
95% de todo oxigênio consumido é utilizado nesta operação e são produzidos cerca de 300 ml de água, chamada de água metabólica (humanos). Animais que hibernam e animais que passam longos períodos sem ingerir água (camelos) utilizam a água metabólica.
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O ΔG (força próton-motora) resultante do gradiente químico e do 
gradiente elétrico, é capaz de realizar a síntese de ATP.
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A PRODUÇÃO DE ATP É ENZIMÁTICA
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Complexo ATP sintase compreende dois componentes: cada componente é constituído de várias cadeias polipeptídicas. Uma porção, esférica, chamada de fator de acoplamento 1 (F1) que contém os sítios de síntese de ATP. A segunda porção fica embebida na membrana interna mitocondrial interna, constituindo um canal para a entrada de prótons (Fo ) assim chamado porque contém um sítio de ligação para a oligomicina, um inibidor da ATP sintase.
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COMPONENTES DA 
FoF1ATPase
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 Transporte de élétrons e fosforilação oxidativa
1 - Introdução
2 - Formas de formação de ATP
3 - Mitocondria – características gerais – componentes da cadeia
4 - Óxido redução: conceitos, organização dos componentes da
 cadeia de acordo com seus potenciais de óxido redução
5 - Esquema geral de funcionamento da cadeia de transporte de e-
6 - Inibidores e desacopladores do Sistema
7 - Produção de ATP por molécula de glicose
 Aproveitamento de NADH citoplasmático através de lançadeiras
8 - Produção de calor
9 - Regulação do Sistema
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ADP e Pi são substratos para a 
ATP sintase.
Succinato é o substrato da 
Succinato Desidrogenase
Cianeto é uma droga que inibe a 
citocromo c oxidase (inibe o transporte de elétrons)
Venturicidina e oligomicina inibem o 
complexo Fo (inibem a ATP sintase).
DNP é um carreador de prótons
hidrofóbicos (desacoplam a 
Fosforilação do transporte de elétrons).
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Desacopladores: são compostos que dissociam o transporte de elétrons da síntese de ATP.
Exemplo: DNP e FCCP dissipam o gradiente de prótons.
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Adenina nucleotídeo translocase e fosfato translocase
ATP/ADP =
ATP/ADP =
A produção de ATP acontece interligada a processos de transporte
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 Transporte de élétrons e fosforilação oxidativa
1 - Introdução
2 - Formas de formação de ATP
3 - Mitocondria – características gerais – componentes da cadeia
4 - Óxido redução: conceitos, organização dos componentes da
 cadeia de acordo com seus potenciais de óxido redução
5 - Esquema geral de funcionamento da cadeia de transporte de e-
6 - Inibidores e desacopladores do Sistema
7 - Produção de ATP por molécula de glicose
 Aproveitamento de NADH citoplasmático através de lançadeiras
8 - Produção de calor
9 - Regulação do Sistema
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NADH = 2,5 ATP
FADH2 = 1,5 ATP
NADH via lançadeira glicerol fosfato = 1,5 ATP
NADH via lançadeira malato-aspartato = 2,5 ATP
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Aproveitamento do NADH do citosol gerado na glicólise
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Lançadeira malato-aspartato
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 Transporte de élétrons e fosforilação oxidativa
1 - Introdução
2 - Formas de formação de ATP
3 - Mitocondria – características gerais – componentes da cadeia
4 - Óxido redução: conceitos, organização dos componentes da
 cadeia de acordo com seus potenciais de óxido redução
5 - Esquema geral de funcionamento da cadeia de transporte de e-
6 - Inibidores e desacopladores do Sistema
7 - Produção de ATP por molécula de glicose
 Aproveitamento de NADH citoplasmático através de lançadeiras
8 - Produção de calor
9 - Regulação do Sistema
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 FORMAÇÃO DE CALOR
 (tecido adiposo marron)
 Esta proteína que tem a sigla 
 em inglês de UCP, é a 
 principal produtora de calor 
 em mamíferos.
 Ocorre principalmente
 em animais que hibernam. 
 Também tem relação com 
 diferenças no metabolismo 
 entre as diferentes pessoas.
 A energia derivada do
 transporte de elétrons é 
 liberada como calor.
UCP
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 Transporte de elétrons e a síntese de ATP são processos intimamente relacionados. 
 Os substratos deste processo são: coenzimas reduzidas, oxigênio, ADP e Pi.
 O limitante destes processos é a concentração 
 de ADP. Daí é o regulador mais importante.
 A regulação da velocidade de oxidação das coenzimas exercida pela concentração de 
 ADP chama-se controle respiratório.
 As vias que dependem da reciclagem das coenzimas oxidadas pela cadeia de transporte 
de elétrons (por exemplo, o ciclo de Krebs) dependem da razão ATP/ADP. O próprio ADP participa das regulações das enzimas alostéricas.
Regulação do Sistema