Metabolismo Mitocondrial

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Metabolismo Mitocondrial ◦●
»Descarboxilação oxidativa do piruvato 
»Ciclo de Krebs
»Cadeia respiratória
»Fosforilação Oxidativa 
A oxidação da glucosa forma 2 piruvatos, e esses de acordo a situação metabólica formam: Acetil-CoA, Lactato, Alanina ou oxalacetato. 
 Descarboxilação Oxidativa do Piruvato 
◦Substrato: Piruvato 
◦Produto: Acetil-CoA 
◦Finalidade: Formar o substrato para o Ciclo de Krebs
◦Enzima Marca-passo: Piruvato desidrogenasa- 
Reg alostérica 
◦Compartimento celular: Matriz mitocondrial
O piruvato foi obtido da oxidação aeróbica da glicose (citoplasma). 
Complexo multienzimático piruvato desidrogenasa: Catalisa a reação, e é formado por um grupo de 3 enzimas E1, E2 e E3 – que estão presentes na mitocôndria em múltiplas cópias. 
◦Ultiliza 5 cofatores (derivados de vitaminas) 
*OBS: Quadros de vitaminose podem interferir 
1. TPP (pirofosfato de tiamina) – B1
2. FAD – B2 
3. CoA – B5 
4. NAD+ – B6 
5. Acido lipoico ou lipoato 
◦ 2 enzimas reguladoras: 
Piruvato desidrogenasa fosfatasa: desfosforila 
Piruvato desidrogenasa quinasa: fosforila 
FAVORECE: Aumento do AmpC, Ca2+, CoA-sh, NAD+ 
DESFAVORECE: Aumento do ATP, Acetil-CoA, NADH, Ácidos graxos de cadeia longa 
◦ Saldo da reação: (2x) 1 acetil-CoA, 1 CO2 e 1 NADH. 
PIRUVATO + COA-SH + NAD+ ￫ ACETIL-CoA + CO2 + NADH
 Ciclo de Krebs/ Ciclo do Ácido Cítrico
◦ 8 reações químicas 
◦ 8 enzimas 
 1 aderida a membrana mitocondrial 
 7 estão na matriz mitocondrial 
 3 são reguláveis: Citrato sintetase, isocitrato desidrogenase e 
 Alfa-cetoglutarato desidrogenase. 
◦ Sua principal regulação são os níveis energéticos 
◦ É uma via Anfibólica, ou seja, catabólica e anabólica! 
- Alguns intermediários podem “fugir” e sintetizar biomoléculas
- Libera ATP e cofatores reduzidos (catabolismo- degradação de moléculas a produtos mais simples) 
◦ Uma das funções primordiais do ciclo, além da formação de ATP, é formar NADH e FADH2 que ao passarem pela cadeia transportadora de elétrons, geram ATP. E a molécula de ATP por meio da quebra do grupo fosfato terminal (PO4-) promove a liberação de energia. Obs: Por isso o CK é exclusivo para organismo aeróbios. 
◦ Reações Anapleiróticas: A medida que os intermediários do C.K. são removidos para servir de precursores biossintéticos, eles são repostos por meio dessas reações. 
1. Condensação de Acetil- CoA e oxalacetato 
Acetil- CoA + oxalacetato ￫ Citrato
Irreversível – regulável !
Estimula: Aumento do ADP e Ca2+ 
Inibe: Aumento do ATP, NADH, Succinil-CoA, Acidos graxos e citrato 
2. Isomerização do citrato 
Citrato ￫ Isocitrato 
3. Descarboxilação oxidativa do isocitrato 
Isocitrato ￫ Alfa-cetoglutarato 
Produção de: CO2 e NADH (que vai para a cadeia respiratória) ou NADPH (que vai para as vias biossintéticas). 
Irreversível – regulável !
Estimula: Aumento do ADP e Ca2+
Inibe: Aumento de ATP 
4. Descarboxilação do alfa-cetoglutarato 
Alfa-cetoglutarato ￫Succinil- CoA 
Irreversível – regulável ! 
Catalisada pelo complexo alfa-cetoglutarato desigrogenase (3 enzimas) – reg alosterica 
Estimula: Aumento do Ca2+ e ADP
Inibe: Aumento do succinil- CoA (produto), NADH e ATP 
5. Hidrolise do Succinil-CoA com fosforilação a nível do substrato 
Succinil-CoA ￫ Succinato
Esta é a única etapa do ciclo que pode formar ATP diretamente. Na quebra da ligação CoA pode-se fosforilar ADP em ATP ou GDP em GTP (a distinção entre eles depende da isoenzima atuante). 
6. Oxidação do Succinato 
Succinato ￫ Fumarato 
Catalizada pela Succinato Desidrogenase (a única aderida a membrana mitocondrial, lembra?), e esta enzima esta acoplada a fosforilação oxidativa o que facilita a passagem de elétrons para o interior da mitocôndria. Durante a oxidação o FAD+ é reduzido a FADH2 (que é menos energético que o NADH).
7. Hidratação do fumarato 
Fumarato ￫ L-malato 
8. Oxidação do Malato 
Esta (ultima reação do C.K.) corresponde a oxidação e a formação do oxalacetato novamente. 
Questionsss – pg 223 
 Cadeia Respiratória/ Fosforilação Oxidativa 
Proteínas que se encontram nas cristas mitocondriais e atuam transportando elétrons e produzindo ATP. 
Respiração celular: 
Consiste na extração de energia química das moléculas de substancias orgânicas como carboidratos e lipídios. 
C6H1206 + 6 O2 ￫ 6 CO2 + 6 H2O + ATP
Inspiração- hematose ￫ O2 
6 CO2 + 6 H2O ￫ hematose – expiração
NAD: 2e- e 2H+ 
FAD: 2e- e 2H+ 
1) Glicolise: citosol mitocondrial 
Ocorre a oxidação PARCIAL (a completa ocorre no C.K.)
Glicolise￫ 2ATP (4-2=2) 
Glicose (c6h1206) ￫ 2x Piruvato (C3H603)
2) Ciclo de Krebs: matriz mitocondrial 
CO2+H2O+ NADH2 + FADH2 
3) Cadeia respiratória: criptas mitocondriais 
Maior produção de energia 
ATP apartir do NADH2 e FADH2 
Fase 1 – NÃO precisa de O2 – anaeróbica 
Fase 2 e 3 – Precisam de O2 – aeróbica 
Resumo 
1) Glicólise: Via catabólica, onde a maioria dos intermediários é fosforilado, e são produzidos 4 ATP (porém se gastam 2).
Ocorre em 10 fases: 
5 fases – preparação: gera 2 gliceraldeído 3P e gasta 2 ATP
5 fases – pagamento: gera 2 piruvato, 2 NADH e 2 ATP (4-2)
* Fermentação da glicose: ocorre em ausência de O2 
Ao invés de formar piruvato, forma Etanol ou Ácido lático. 
◦ Em presença de O2: Glicose ￫ (2) Piruvato ￫ (2)Acetil-CoA
◦ Em ausência de O2: Glicose ￫ (2)Piruvato ￫ (2) Lactato
- Ocorre no músculo em atividade e nos eritrócitos em tecidos com baixa [O2]. Nessa última etapa gasta 2 ATP, tendo como resultado um saldo nulo de ATP. (4-4=0) 
Objetivo: liberar H+ e elétrons (NAD ￫ NADH2) para a Cadeia Respiratória. 
2) Ciclo de Krebs: Via anfibólica, ocorre em 8 reações. 
Primeiro precisa da descarboxilação (- CO2) oxidativa do piruvato – que gera Acetil-CoA (que vai se conjulgar com o oxalacetato e se transformar em citrato, dando inicio ao ciclo). 
Sua função é terminar de oxidar a molécula de glucosa. 
1 molécula de glicose ￫ 2 voltas no ciclo
Saldo: 8 NADH2, 2 FADH2, 2 ATP e 4CO2. 
*É a fase da respiração celular que libera CO2. 
Fontes: carboidratos, lipídeos e proteínas. 
** A glicose foi totalmente oxidada, liberou H e elétrons que são carregados por NAD e FAD, que vão ser usados na cadeia respiratória.** _____________________________________________
◦ A CTE: Envolve o fluxo de elétrons por meio de uma cadeia de transportadores. A energia livre disponível por esse fluxo de elétrons é acoplada ao transporte de prótons. O fluxo de prótons (a favor do seu gradiente) fornece energia livre para a síntese de ATP, catalisada pela ATP-sintetasa, que acopla o fluxo de próptons à fosforilação do ADP. 
◦Formada por 4 complexos:
I – NADH desidrogenasa 
2 – Succinato desidrogenasa 
3 – Ubiquinona 
4 – Citocromo oxidasa 
Obs: notar que o FAD entra direto no complexo 2, por isso dizemos que o NAD é mais energético que o FAD. Notar também que o bombeamento de prótons é da matriz mitocondrial ao espaço intermembrana (QP). 
O oxigênio é o aceptor final dos elétrons e os transforma em H2O. * (O2) + (4 H+) + (4e-) ￫ 2H2O
Ocorre uma reação de oxi-redução em cadeia entre os complexos, até a etapa final que é a formação de H2O. 
*O NADH2 e o FADH2 não são capazes de entrar na membrana, nem possuem transportadores. Eles entram na mitocôndria através das enzimas lanzadoras: 
NAD - 
Citoplasma: Enzima Malato DH (citoplasmática) MALATO ￫ OXALACETATO ￫ ASPARTATO
NADH2 ￫ NAD 
 MEMBRANA MITOCONDRIAL INTERNA
Matriz: Enzima Malato DH (mitocondrial) 
ASPARTATO ￫ OXALACETATO ￫ MALATO 
NAD ￫ NADH2
Complexo I – NADH DH 
Complexo formado por proteína + ferro + enxofre. Transporta somente elétrons (prótons não- por isso os joga para fora)
Reoxida NADH liberando 2e- e 4H+ 
Complexo II – Succinato- coenzima Q redutase 
É uma segunda porta de entrada dos elétrons na CTE
É onde ingressa o FADH2 
*Enzima presente também no ciclo de Krebs* 
O FADH2 recebe os elétrons do succinato.
Não é proteína transmembrana – Não faz extrusão de prótons para o E.I.M. 
(A proteína Q é o ponto de convergência dos elétrons do comp I e II. Recebe 2 e- e 2 H+ ￫ QH2) 
ComplexoIII – Ubiquinona Coenzima Q – citocromo C redutase 
Faz a extrusão de 4 prótons ao E.I.M.
A Citocromo C conecta os complexos III e IV 
Complexo IV- Citocromo C oxidasa 
Transfere 4 elétrons para o Oxigênio, que se liga a 2 H+, formando agua. 
Faz a extrusão de 2 prótons para o E.I.M. (na vdd são 4, porém 2 se usam para formar água)
» Como o gradiente de concentração de prótons é transformado em ATP? 
O bombeamento de prótons para a E.I.M gera energia através da força proto-motriz (diferença de Ph)
A diferença de Ph ativa a enzima ATP sintase.
Contém 2 componentes:
F1: síntese de ATP}
FO: canal através do qual os prótons retornam a matriz 
O ATP é sintetizado quando os prótons retornam a matriz! 
SALDO TOTAL FINAL 
	ETAPA
	PRODUTO
	ATP final
	Glicólise 
	2 NADH
2 ATP 
	5
	Descarboxilação oxidativa do piruvato 
	2 NADH
	5
	Ciclo de Krebs 
	6 NADH 
2 FADH 
2 ATP (ou GTP)
	15
3
2
 TOTAL: 30 ATP 
1 NAD/ FAD = 1,5 ATP