4 Fosforilação Oxidativa (+completo)

Prévia do material em texto

FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
Cadeia transportadora de elétrons
· Fim das rotas metabólicas de produção de energia em organismos aeróbicos 
· Representa o estágio 3 do processo
· Acoplamento da oxidação de NADH e FADH2 e síntese de ATP 
· É o principal sítio de produção de ATP 
· Envolve o consumo de O2 e formação de H20 
· LOCAL: MITOCÔNDRIA
· Organela de eucariotos 
· Possui duas membranas 
· Membrana Mitocondrial externa - MME 
· Permeável a pequenas moléculas
· Membrana Mitocondrial interna - MMI
· Impermeável a maioria das moléculas - Inclusive H + 
· Necessidade de transportadores de membrana
· Cristas membranais
Matriz mitocondrial 
· Local de oxidações 
· Ciclo de Krebs 
· β-oxidação de lipídeos 
· Oxidação de Aminoácidos
Membrana Mitocondrial Interna: 
· É permeável a O2, CO2 e H2O 
· Contém proteínas de transporte que controlam a passagem de metabólitos, como ATP, ADP, o piruvato, o Ca2+ e o fosfato
· Contém proteínas que acoplam processos: Fluxo de elétrons (favorável) com o fluxo de prótons (desfavorável); Fluxo de prótons (favorável) a fosforilação oxidativa (desfavorável). 
· Os elétrons passam por uma série de carreadores
· A impermeabilidade da MMI para a maioria dos íons e metabólitos permite a formação de um gradiente de íons através dessa barreira >> Resulta na compartimentalização das funções metabólicas entre o citosol e a mitocôndria
Fosforilação oxidativa
· Dependem dos grupos protéticos associados 
· A sequência de carreadores de elétrons reflete seus potenciais de redução relativos 
· O processo é exergônico 
· Os carreadores que transportam os elétrons do NADH e FADH2 até O2 estão na MMI
· A oxidação de NADH e FADH2 é promovida pela CTE
· Alguns desses centros redox são móveis ou proteínas integrais de membrana
Transporte de e’ 
1) 1 e’ >>> Fe3+ para Fe2+ 
2) 1 e’ + 1 H+ 
3) 2 e’ na forma de H+
· Potencial de transferência de elétrons
· Potencial de redução = potencial redox = potencial de oxidorredução
Potencial de redução ˂ 0 A forma oxidada tem menor afinidade por elétrons do que o H2 
Potencial de redução ˃ 0 A forma oxidada tem maior afinidade por elétrons do que o H2 
Um agente redutor forte (como o NADH) tem a tendência de doar elétrons (E’0 < 0); um agente oxidante forte (como o O2) está pronto para aceitar elétrons (E’0 > 0) 
A força impulsora da fosforilação oxidativa é o potencial de transferência de elétrons de NADH e FADH2 em relação ao do O2
Os carreadores de e´ 
· NAD(P)H 
São carreadores de elétrons solúveis em água, que se associam reversivelmente a desidrogenases 
Substrato reduzido + NAD(P)+ ↔ Substrato oxidado + NAD(P)H + H+ 
Desidrogenases remoção de 2 átomos de H do substrato 
H- → NAD+ 
H+ → Liberado do meio 
NADH → carreador de elétrons das vias catabólicas até a entrada na CTE 
NADPH → geralmente supre elétrons para reações anabólicas
· Flavoproteínas
Contêm um nucleotídeo de flavina (FMN ou FAD) → parte do sítio ativo da flavoproteína 
Pode aceitar 1 elétron → semiquinona ou 2 elétrons → FADH2 FMNH2
Carreadores não podem atravessar a MMI, MAS os equivalentes redutores podem ser lançados através da membrana indiretamente
(Equivalentes redutores: termo geral para um elétron ou equivalente de elétron na forma de um átomo de hidrogênio ou de um íon hidreto.)
Ocorrem 3 tipos de transferência de elétrons na CTE 
① Transferência direta como na redução de Fe3+ a Fe2+ 
② Transferência na forma de um átomo de hidrogênio (H+ + e-) 
③ Transferência como íon hidreto (:H+) que tem 2 elétrons 
+ 3 tipos de moléculas carreadoras de elétrons atuam na CTE: (Proteínas diferentes que contêm ferro)
· Ubiquinona (quinona hidrofóbica) 
· Citocromos 
· Proteínas ferro enxofre 
COENZIMA UBIQUINONA (Q)
· Pequena e Lipossolúvel
· Se difunde livremente no espaço intermembranas → Capaz de fazer a junção entre o doador de 2e- e um aceptor de 1e- (como as flavoproteínas) 
· Carrega tanto elétrons como prótons >> acopla fluxo de e - com o movimento de prótons
Os carreadores de elétrons na mitocôndria
1. PROTEÍNAS COM CENTROS DE FERRO-ENXOFRE 
· Estrutura variável simples a complexas 
· O íon Fe sofre reações de óxido-redução
2. Citocromos a, b e c 
· Seus grupos prostéticos – grupos Heme 
· Citocromo c >> solúvel no espaço intermembrana 
· Podem interagir com a MMI
O fluxo de elétrons pelos carreadores vai daquele com menor potencial para o maior potencial
Os carreadores de elétrons na MMI: 
4 complexos:
· Complexo I : é do NADH para formar Ubiquinol NADH:Ubiquinona-oxidoreductase ou NADH-desidrogenase 
· Complexo II : é do FADH 2 para formar Ubiquinol Succinato-desidrogenase 
· Complexo III : é do Ubiquinol para o Citocromo c Ubiquinona:Citocromo c-oxidoreductase 
· Complexo IV : é do Citocromo c para o O2 Citocromo c-oxidase
COMPLEXO I: 
· NADH: UBIQUINONA-OXIDOREDUTASE OU NADH-DESIDOGENASE 
· Grupos prostéticos: FMN e Fe-S
Porta de entrada dos e’ do NADH produzidos dentro da mitocôndria 
O Complexo catalisa 2 processos simultâneos e acoplados:
1) NADH + H+ + Q NAD+ + QH2 >>>> Exergônico 
2) Transferência de 4 H+ para o espaço intermembrana >>>> Endergônica
COMPLEXO II:
· SUCCINATO-DESIDOGENASE 
Porta de entrada dos e’ do FADH2 produzidos no ciclo do ácido cítrico 
Porta de entrada dos e’ do NADH produzidos no citoplasma
Canaliza diretamente os e’ do succinato para a cadeia transportadora de e’ 
FADH2 + Q >> FAD + QH2 >>> Exergônico 
Sem transferência de H+ para o espaço intermembrana 
Porta de entrada de e’ de outras vias oxidativas 
β-oxidação de ácidos graxos
(COMPLEXOS I E II)
· Vias de entrada de e’ para a ubiquinona
1) NADH mitocondrial
2) Succinato do ciclo do ácido cítrico
3) e’ da β-oxidação de ácidos graxos via Acil-CoAdesidrogenase e do glicerol dos triacilglicerois 
4) NADH citosólico via glicerol 3-fosfato
A ubiquinona é o ponto de convergência dos e- 
COMPLEXO III:
· UBIQUINONA: CITOCROMO C-OXIDOREDUTASE 
Canaliza os 2 e’ do Ubiquinol (QH2) para o Citocromo C com a transferência de H+ da matriz mitocondrial para o espaço intermembrana 
Possui duas unidades de Citocromo b enterrados em 1 fenda na membrana
QH2 + 2 Citc1 (Oxi) + 2 H+ >>>>>>>> Q + 2 Citc1 (Red) + 4 H+
2 e’ do Ubiquinol são afunilados no Citc >> carreador de 1 e’
2 ciclos de redução do Citc com a formação da Semiquinona (.Q-) 
1º Ciclo
· 1 e’ do QH2 é passado para o Citc no primeiro ciclo e o outro e’ (via citocromo b) para a Q formando Semiquinona 
· 2 H+ transportados para o espaço intermembrana 
2º Ciclo 
· 1 e’ do QH2 é passado para o Citc e o outro e’ (via citocromo b) para a Semiquinona formando outra QH2 
· 2 H+ transportados para o espaço intermembrana 
· 2 outros H+ são retirados da matriz
COMPLEXO IV
· CITOCROMO OXIDASE 
Os e’ do Citocromo c são entregues ao O2 
4 Citc (Red) + 8 H+N + O2 >>>>> 4 Citc (Oxi) + 4 H+P + 2 H2O
Os e- do citocromo c são entregues ao O2 (reduzindo-o a H2O) 
Envolve a participação de:
· Ion CuA 
· Citocromo a 
· Citocromo a3-CuB (Centro Fe-Cu) O2 
· 4 ciclos são necessários para reduzir 1 O2 a 2 H2O 
· 4 H+ transportados para o E.I. 
· 4 outros H+ são retirados da matriz para formar as 2 H2O 
· 2 H+ por par de e
Resumo do processo:
Equação Vetorial do transporte de Prótons pela cadeia 
NADH + 11 H+N + ½ O2 → NAD+ + 10 H+P + 1 H2O 
FADH2 + 6 H+N + ½ O2 → FAD+ + 6 H+P + 1 H2O
A energia liberada é usada para gerar um gradiente de prótons que é então utilizado para a síntese de ATP e para o transporte de metabólitos pela membrana mitocondrial
A energia da transferência de e’ é eficientemente conservada em um gradiente
SISTEMAS DE TRANSPORTE MITOCONDRIAL 
· Transporte seletivo de elétrons produzidos no citoplasma para a mitocôndria 
· O NADH produzido no citosol pela glicólise deve ter acesso à cadeia transportadora de elétrons para a oxidação aeróbica
· Não há uma proteína transportadora de NADH na MMI 
· Somente os elétrons do NADH citosólico são transportados para a mitocôndria por um dos vários sistemas de transporte
LANÇADEIRA DE MALATOASPARTATO
LANÇADEIRA DE GLICEROL-3-P 
· A glicerol-3-fosfato desidrogenase catalisa a oxidação do NADHcitosólico pela DHAP para produzir NAD+, o qual retorna à glicólise 
· Os elétrons do glicerol-3-fosfato são transferidos para a Flavoproteína-desidrogenase da MMI, formando FADH2
· O FADH2 fornece elétrons diretamente para Cadeia Transportadora de Elétrons
TRANSLOCADOR DE ATP/ADP-PI
· A maior parte do ATP gerado na matriz mitocondrial pela fosforilação oxidativa é utilizado no citosol 
· A MMI contém um translocador de ADPATP (ou adenina-nucleotídeo translocase) 
· Transporta o ATP para fora da matriz mitocondrial acoplado à importação de ADP e Pi produzidos no citoplasma a partir de ATP
· Sistema antiporte 
· Mantém balanço eletrolítico pelo gasto de energia quimiosmótica
	Ana Paula Tuma Hilgemberg
	2