Fosforilação Oxidativa

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FOSFORILAÇÃO 
OXIDATIVA
Reações de transferência de elétrons
▪Fosforilação oxidativa
▪ Fosforilação do ADP em ATP acoplado ao transporte de
elétrons do NADH e FADH2 para o O2
▪ O transporte de elétrons é realizado por enzimas e uma série
de carreadores de elétrons localizados na membrana
mitocondrial interna
▪Fosforilação ao nível do substrato?
Anatomia bioquímica de uma
mitocôndria
▪ Teoria quimiosmótica de Mitchell
Hipótese de Mitchell
1ª idéia: Os prótons são bombeados pela membrana interna
2ª idéia: A síntese de ATP é dirigida por fluxo reverso de prótons
dirigido por um gradiente eletroquímico
3ª idéia: Transporte de componentes essenciais mediado por proteínas
carreadoras
4ª idéia: A membrana mitocondrial interna é impermeável à ânions e
cátions
Espaço 
intermembranas
Teoria quiomiosmótica aplicada à 
mitocondria
Carreadores universais de elétrons
▪Carreadores de elétrons
▪NAD
▪Flavoproteínas (FAD)
▪Quinona hidrofóbica (Ubiquinona/CoenzimaQ)
▪Citocromos (Fe)
▪Proteínas Fe-S
▪Quinona
▪Carreadores de elétrons
▪Citocromos
▪Carreadores de elétrons
▪Centros Fe-S
▪2Fe2S
▪4Fe4S
▪2Fe2S de uma cianobactéria
▪Potenciais de redução na cadeia transportadora
Uso de inibidores pode 
ajudar a decifrar a ordem 
em que as coenzimas são 
oxidadas e reduzidas
▪Componentes protéicos da cadeia transportadora
▪Separação dos complexos da 
cadeia respiratória
Complexo I (NADH Coenzima Q oxidorredutase)
Reação: NADH + CoQ (oxidada) NAD+ + CoQ (reduzida)
Δεº’= 0,360V | ΔGº’= -69,5 kJ.mol-1
A transferência de elétrons do NADH 
para a ubiquinona
Reação: FADH2 + CoQ (oxidada) FAD + CoQ (reduzida)
Δεº’= 0,085V | ΔGº’= -16,4 kJ.mol-1
Complexo II (Succinato desidrogenase Coenzima Q oxidorredutase)
Espaço 
intermembranas
Teoria quiomiosmótica aplicada à 
mitocondria
Reações de transferência de elétrons para a ubiquinona
Transferência de elétrons para a
Coenzima Q a partir de diferentes
fontes
Complexo III (Coenzima Q Citocromo c oxidorredutase)
CoQ (red.) + 2 citocromos c (oxi.) CoQ (oxi.) + 2 citocromos c (red.)
Δεº’= 0,190V | ΔGº’= -36,7 kJ.mol-1
Complexo III (Coenzima Q Citocromo c oxidorredutase)
CoQ (red.) + 2 citocromos c (oxi.) CoQ (oxi.) + 2 citocromos c (red.)
Δεº’= 0,190V | ΔGº’= -36,7 kJ.mol-1
Complexo IV (Citocromo c oxidase)
4 citocromos c2+(red.) 4 citocromos c3+(oxi.) + 2H2O
Δεº’= 0,580V | ΔGº’= -112 kJ.mol-1
Modelo Quimiosmótico
Espaço 
Intermembranas
Succinato
Fumarato
Matriz
Potencial 
Químico
ΔpH
(interior 
alcalino)
Potencial 
Elétrico
ΔΨ
(interior 
negativo)
Sintese de ATP 
inpulsionada 
pela força 
motriz dos 
prótonsalino)
Espaço 
intermembranas
Produção de ATP através do fluxo de elétrons e potencial 
eletroquímico 
Acoplamento da transferência de elétrons com a síntese de ATP
CN- inibe transporte de 
elétrons para O2
Venturicidina: inibição da ATP sintase
DNP: desacoplador
Desaclopadores da cadeia transportadora
O gradiente de prótons e a síntese de ATP: gradiente eletroquímico 
artificial impulsiona a síntese de ATP na ausência de substrato oxidável
A F0F1 ATP sintase
F1
F0
F0
A F0F1 ATP sintase
F1: canal de prótons
Micrografia eletrônica de F1 mitocondrial.
A produção de ATP é catalisada
ΔG’0 ~ 0
✓Complexos não energizados 
✓F1 purificada
✓Equilíbrio explicado pela alta afinidade ao ATP. ATPsintase estabiliza ATP em relação ao 
ADP + Pi, liberando energia que balanceia o custo de sintetizar ATP 
A F0F1 ATP sintase: reação de hidrólise e síntese de ATP em equilíbrio
A F0F1 ATP sintase
✓Movimento de prótons: necessário à liberação do ATP da ATP sintase
FIGURA 14.53Evidência experimental da rotação das subunidades e c. Domínio F1 
é ligado a uma lamínula coberta com níquel por resíduos de histidina geneticamente 
engenheirados na extremidade N-terminal das subunidades α. Biotina, 
covalentemente ligada a subunidades c, liga-se muito fortemente à proteína 
streptavidina, que é covalentemente ligada a um filamento de actina contendo uma 
sonda fluorescente. Adição de ATP, que é hidrolisado pela ATPase de F1, causa 
rotação do filamento de actina em uma direção, contanto que a subunidade c de F0 
gire. Experimentos anteriores nos quais o filamento de actina foi ligado à 
subunidade γ forneceram evidências de que a subunidade γ também pode girar. 
Presumivelmente, ambas as subunidades γ e c giram como uma 
unidade.Redesenhado de Sambongi, Y., Iko, Y., Tanabe, M., Omote, H., et al. Science 
286:1722, 1999.
✓Dedução experimental do giro da ATP sintase
Produção de ATP a partir da oxidação completa da glicose
Força próton-motriz energiza transporte ativo
ATP sintase e suas translocases: ATP sintassomo
Transporte indireto de NADH citosólico
✓Membrana mitocondrial interna não possui transportador: 
✓Transporte indireto: lançadeiras 
Lançadeira Malato-
Aspartato
Lançadeira Glicerol 3-P: músculo esquelético e cérebro
Transporte indireto de NADH citosólico
FORMAÇÃO DE CALOR
(tecido adiposo marron)
UCP
✓ Termogenina (UCP): principal produtora
de calor em mamíferos.
✓ A energia derivada do transporte de 
elétrons é liberada como calor.
✓ Animais que hibernam, recém-nacidos
Regulação fosforilação oxidativa
✓Disponibilidade de ADP (medida do estado 
energético da célula) 
✓Regulação se coordena com o metabolismo 
energético como um todo
Produção e eliminação de radicais superóxidos na mitocôndria