Respiração

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Ciclo do Ácido Tricarboxílico (Krebs)
Prof. M.Sc.: Felipe Sakamoto Vieira
Alta Floresta – MT
2018
Características gerais
A quebra de uma molécula de glicose produzindo duas moléculas de piruvato libera menos de 50% da energia total da glicose;
A energia restante permanece estocada nas duas moléculas de piruvato. Os dois próximos estágios da respiração (ciclo de Krebs e CTE) que completam a oxidação da glicose ocorrem em uma organela circundada por uma dupla membrana, a mitocôndria.
Mitocôndria
As mitocôndrias possuem duas membranas: uma externa (sem invaginação) e outra interna que se apresenta completamente invaginada, formando as conhecidas cristas mitocondriais;
A fase aquosa contida dentro da membrana interna é conhecida como matriz e a região entre as duas membranas é conhecida como espaço intermembranar.
Características gerais
Para que o piruvato formado na glicólise (citosol) seja utilizado na respiração aeróbica é necessário, portanto, que ele seja transportado para a matriz mitocondrial;
Isto ocorre através de um translocador localizado na membrana interna da mitocôndria, o qual catalisa uma troca eletroneutra de piruvato por OH-.
Transformação do Piruvato
Na matriz mitocondrial, o piruvato é oxidativamente descarboxilado pela enzima desidrogenase do piruvato e produz NADH, CO2 e acetil-CoA;
1ª Etapa: Formação do Ácido Cítrico
O acetil-CoA é combinado com um ácido de 4 carbonos (Oxaloacetato), reação catalisada pela sintase do citrato, produzindo um ácido tricarboxílico de 6 carbonos (ácido cítrico);
2ª Etapa: Formação do isocitrato
A enzima Aconitase transforma o ácido cítrico em Isocitrato, pelo rearranjo de água em duas etapas. 
3ª Etapa: Oxidação do isocitrato
A NADP retira dois hidrogênios e libera um grupamento carboxila do isocitrato o que o transforma em alfa-cetoglutarato.
4ª Etapa: Oxidação do Alfa-cetoglutarato
A alfa- cetoglutarato sintase forma outro NADH e junto com um cofactor (coenzima A), convertendo-o em SuccinilCoA.
5ª Etapa: Conversão da succinil-CoA
Após a atuação da succinil coA sintase ocorre a formação do GTP (guanosina trifosfato), que é energeticamente igual ao ATP.
6ª Etapa: Oxidação do succinato a fumarato
A FAD desidrogeniza o Succinato em Fumarato.
FAD/FADH2
O dinucleótido de flavina e adenina (FAD), também conhecido como flavina-adenina dinucleótido e dinucleótido de flavina-adenina, é um cofator capaz de sofrer ação redox;
O FADH2 é uma molécula transportadora de energia metabólica, sendo utilizada como substrato na fosforilação oxidativa mitocondrial.
7ª Etapa: Hidratação do fumarato a malato 
A enzima fumarase hidrata o Fumarato em Malato.
8ª Etapa: Oxidação do malato a oxaloacetato
O Malato é oxidado pela NAD+ em Oxaloacetato pela ação da malato desidrogenase.
Resumo geral
Dois carbonos entram como Acetil-CoA e dois saem como CO2;
Desde o piruvato até o fim, foram produzidos: 4 NADH, 1 FADH2 e 1 ATP;
Cálculos para um Piruvato.
Cadeia Respiratória
É o processo responsável pela maior parte da síntese de ATP pelos organismos aeróbicos, e é direcionada pela transferência de elétrons ao O2;
Em células procarióticas ocorre na membrana plasmática, e em eucariotos, na membrana interna das mitocôndrias.
Cadeia Respiratória
A fosforilação oxidativa é um processo metabólico em que as enzimas/transportadores envolvidos são proteínas da membrana interna da mitocôndria que, no seu conjunto, catalisam a formação de ATP (a partir de ADP + Pi) e a oxidação do NADH (e do FADH2) pelo oxigénio molecular.
Cadeia Respiratória
A componente do processo é a oxidação do NADH pelo oxigênio;
O potencial de oxi-redução do par redox O2/H2O é muito positivo (Eº’ = + 0,815) e o do par NADH/NAD+ tem um valor negativo elevado (Eº’ = - 0,315) os elétrons têm tendência a moverem-se do NADH para o O2
Complexo I
O complexo I catalisa a transferência de dois eletrões do NADH para a ubiquinona (ou coenzima Q) formando-se NAD+ e ubiquinol (ou coenzima QH2);
De forma acoplada com a reação de oxi-redução, o complexo I também catalisa o bombeamento de prótons da matriz para o citoplasma.
NADH + Q + 5 H+ (dentro) → NAD+ + QH2 + 4 H+ (fora) 
Complexo III
O complexo III catalisa a transferência de dois elétons do ubiquinol (QH2) para o citocromo c e, de forma acoplada com o processo oxidativo, o bombeamento de 2 prótons da matriz para o citoplasma;
O citocromo c é uma proteína hemínica (contém heme que é de tipo c) que está presente na face externa da membrana interna da mitocôndria;
QH2 + 2 Cyt c (Fe3+) + 2H+ (dentro) → Q + 2 Cyt c (Fe2+) + 4 H+ (fora) 
Complexo IV
O complexo IV catalisa a transferência de dois elétrons da forma reduzida do citocromo c para o oxigênio e, de forma acoplada com o processo oxidativo, o bombeamento de 2 prótons; outros 2 prótons da matriz são consumidos na formação de água.
Complexo II
Este complexo é composto pela desidrogenase do succinato;
Os elétrons derivados da oxidação do succinato são transferidos, via FADH2 e um grupo de proteínas FeS, também para moléculas de ubiquinona.
Resumo geral
Cadeia Respiratória
O processo oxidativo está acoplado com o transporte de prótons da matriz mitocondrial para o citoplasma e o processo de bombeamento cria um gradiente eletroquímico: maior número de cargas positivas (“gradiente elétrico”) e maior concentração de prótons (“gradiente químico”) no lado citoplasmático da membrana mitocondrial interna;
NADH + ½ O2 + 11 H+ (dentro) → NAD+ + H2O + 10 H+ (fora)
Fosforilação Oxidativa
Criado o gradiente eletroquímico acima referido, os prótons têm tendência a passar do citoplasma para a matriz mitocondrial e esta tendência é às vezes designada de “força protomotriz”;
O mais importante destes processos é a síntese de ATP;
Fosforilação Oxidativa
Fosforilação Oxidativa
A ATP sintetase é uma estrutura protéica composta da interação de diferentes unidades;
Através desse fluxo de prótons que atravessam o eixo central, a unidade Fo (γ) faz com que haja uma interação com a unidade F1 (α e β);
 Isso induz à uma forma conformacional favorecendo a ligação e o ciclo de formação do ATP através do ADP + Pi;
 A formação do ATP na superfície da enzima requer pouca energia; o papel da força próto-motiva é deslocar o ATP do seu sítio de ligação na sintase.
Fosforilação Oxidativa
O fluxo de elétrons através dos complexos 1, 3 e 4 resulta no bombeamento de prótons através da membrana mitocondrial interna, isso torna a matriz alcalina em relação ao espaço intermembrana;
O acoplamento do transporte de elétrons com fosforilação oxidativa requer uma enzima com multissubunidades ligadas à membrana, a ATP sintase;
Essa enzima tem um canal para que os prótons fluam do espaço intermembrana para a matriz mitocondrial.
Fosforilação Oxidativa
Fosforilação Oxidativa
A ATP sintase executa a “catálise rotativa” nela, ocorre o fluxo de prótons através da Fo, fazendo com que cada um dos três sítios de ligação em F1 execute um ciclo entre a conformação de ATP pela ligação do ADP +Pi;
A razão entre o número de moléculas de ATP sintetizadas por 1/2O2 reduzida em H2O (a razãoP/O) é de aproximadamente 2,5 quando os elétrons entram na cadeia respiratória através do complexo I, e 1,5 quando eles são provenientes do complexo 2 e entram na coenzima Q.
Cálculos
Regulação
A fosforilação é regulada pelas necessidades de energia da célula. A [ADP] intracelular e a razão de ação das massas [ ATP]/ [ ADP] [Pi] são parâmetros do estado de energia da célula;
Nas células em privação parcial ou total de oxigênio, um inibidor protéico bloqueia a hidrólise do ATP pela operação da ATP sintase em sentido invertido, impedindo uma queda drástica na [ ATP]
Regulação
No tecido adiposo marrom especializado na produção de calor metabólico, a transferência de elétrons é desacoplada da síntese de ATP e a energia de oxidação dos ácidos graxos é dissipada como calor;
As concentrações de ATP e ADP estabelecem a velocidade de transferência de elétrons através da cadeia respiratória por meio de uma série de controles interligados agindo na respiração, na glicólise e no ciclo do ácido cítrico.
Quais são as características gerais da respiração?
Descreva as etapas do ciclo de Krebs.
Quais são os produtos do ciclo de Krebs?
O que é e qual o objetivo da cadeia respiratória?
Descreva sobre os quatro complexos da cadeia respiratória.
Comente sobre a fosforilação oxidativa.
Como é a regulação da fosforilação oxidativa?
Atividades