Resumo Processos Mitocondriais

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Processos Mitocondriais 
 
 
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Processos Mitocondriais 
 
Introdução 
A bioenergética descreve a transferência e a utilização da energia em sistemas biológicos, 
sendo o estudo quantitativo das transformações de energia que ocorrem nas células vivas. Nesse 
sentido, o objeto de análise é a habilidade das células em aproveitar a energia, direcionando-a na 
forma de trabalho biológico. Os processos mitocôndrias envolvidos são a cadeia transportadora 
de elétrons e o ciclo do ácido cítrico (Ciclo de Krebs). 
 
Cadeia Transportadores de Elétrons 
Das moléculas ricas em energia, como a glicose, que são metabolizadas por uma série de 
reações de oxidação, resultam na produção de CO2 e água. Os intermediários metabólicos 
dessas reações doam elétrons a coenzimas específicas: (Nicotinamida-adenina-dinucleotídeo 
(NAD) e flavina-adenina-dinucleotídeo (FAD), formando as coenzimas reduzidas ricas em 
energia, NADH e FADH2. Dessa forma, nesse estado de redução, essas coenzimas conseguem 
doar um par de elétrons a um grupo especializado de carreadores de elétrons, coletivamente 
denominados de cadeia transportadora de elétrons. A medida que esses elétrons fluem através 
dessa cadeia perdem muito de sua energia livre. Dessa forma, parte dessa energia pode ser 
captada e armazenada para a produção de ATP a partir do ADP e fosfato inorgânico (Pi). O 
restante da energia livre é liberado na forma de calor. 
Sabe-se que essa cadeia transportadora está situada na membrana mitocondrial interna e 
é a via final comum pela qual os elétrons oriundos de diferentes combustíveis do organismo fluem 
para o oxigênio. Essa membrana interna é diferente da externa, pois é uma estrutura 
especializada, impermeável à maioria dos íons pequenos, incluindo hidrogênio, sódio e potássio. 
Ela é rica em proteínas, metade das quais está envolvida diretamente no transporte de elétrons 
e na fosforilação oxidativa, além de apresentar-se convoluta, denominadas cristas e aumentam a 
superfície da membrana. 
A membrana mitocondrial interna pode ser dividida em cinco complexos enzimáticos, 
denominados complexos I, II, III, IV e V. Os complexos I a IV contêm, cada um deles, parte da 
cadeia transportadora de elétrons, enquanto que o V catalisa a síntese de ATP. Cada um desses 
complexos aceita ou doa elétrons, que são trocados entre esses complexos carreadores de 
elétrons relativamente móveis, como a coenzima Q e o citocromo c. No final da cadeia, os elétrons 
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se combinam com o oxigênio e com prótons, formando água, e, por essa necessidade do oxigênio, 
essa cadeia também é conhecida como cadeia respiratória. 
 
 Reações da Cadeia Transportadora de Elétrons 
Todos os membros da cadeia transportadora são proteínas, exceto a coenzima Q. Dentre 
as reações, o NAD+ que removem dois átomos de hidrogênio de seus substratos, por meio das 
desidrogenases, é reduzido a NADH. Nesse processo os elétrons são transferidos para o NAD+ 
e é formado um próton livre, H+. Esse próton livre mais o íon de hidreto carregado pelo NADH 
são a seguir transferidos para a NADH-desidrogenase, um complexo enzimático (I), presente na 
membrana interna da mitocôndria. A coenzima Q, que também é chamada de ubiquinona, pode 
aceitar átomos de hidrogênio das moléculas reduzidas, tanto do FMNH2, provindo da NADH-
desidrogenase, quanto do FADH2 (Complexo II), produzido pela succinato-desidrogenase e pela 
acil-CoA-desidrogenase. Os outros membros da cadeia transportadora de elétrons são 
citocromos, sendo que cada um apresenta um grupo heme. Os elétrons fluem ao longo da cadeia, 
desde a coenzima Q, pelos citocromos b e c (complexo III) e a + a3 (esse citocromo é chamado 
de citocromo-oxidase) (complexo IV). Esse complexo é o único carreador de elétrons em que o 
ferro do heme possui um ligante livre, que pode reagir diretamente com o oxigênio molecular. Por 
fim, vale lembrar que existem inibidores de sítios específicos na cadeia transportadora. Esses 
compostos previnem a passagem de elétrons, ligando-se a algum componente da cadeia, 
bloqueando a reação de oxidação/redução. Dessa forma, todos os carreadores antes do bloqueia 
tornam-se reduzidos e os após o bloqueio oxidados. 
 
 Liberação de energia livre durante o transporte de elétrons 
A energia vai sendo liberada à medida que os elétrons são transferidos ao longo da cadeia 
transportadora de elétrons, de um doador (agente redutor) para um aceptor (agente oxidante). 
Dessa forma, percebe-se que a oxidação (perda de elétrons) de um composto é sempre 
acompanhada pela redução (ganho de elétrons) de uma segunda substância. 
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Fonte: CAMPBELL MARY K., Bioquímica. Tradutor et al: Henrique Bunselmeyer Ferreira et al., 3ªed. Porto Alegre: 
ARTMED, 2007. 
 
 Fosforilação Oxidativa 
A transferência de elétrons ao longo da cadeia é energeticamente favorecida, pois o NADH 
é um forte doador de elétrons, e o oxigênio molecular é um ávido aceptor de elétrons. Mas, o fluxo 
de elétrons do NADH para o O2, não resulta diretamente na síntese de ATP. Existe uma hipótese, 
a quimiosmótica, que explica como a energia livre gerada pelos transportadores de elétrons é 
utilizada para produzir ATP a partir de ADP + Pi. O transporte de elétrons está acoplado à 
fosforilação do ADP pelo transporte de prótons (H+) através da membrana mitocondrial interna, 
prótons esses que são bombeados da matriz para o espaço intermembranas, de modo que é 
criado, através da membrana mitocondrial interna, um gradiente elétrico, com cargas mais 
positivas no lado externo da membrana do que no lado interno e um gradiente de pH. A energia 
gerada por esse gradiente de prótons é suficiente para impulsionar a síntese de ATP. Nesse 
momento, o complexo V, conhecido como complexo enzimático ATP-sintase, sintetiza o ATP, 
utilizando a energia do gradiente de prótons gerado pela cadeia respiratória. 
 
 
 
 
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Ciclo do Ácido Cítrico 
Esse ciclo, que também é chamado de ciclo de Krebs, desempenha diversos papéis no 
metabolismo. É a via final para a qual converge o metabolismo oxidativo de carboidratos, 
aminoácidos e ácidos graxos, seus esqueletos carbonados sendo convertidos em CO2 E H20. 
Esse ciclo ocorre totalmente na mitocôndria e está, portanto, bastante próximo das reações de 
transporte de elétrons, as quais oxidam as coenzimas reduzidas, produzidas pelo ciclo. Esse ciclo 
é uma via aeróbica, pois o O2 é necessário como aceptor final dos elétrons. O ciclo funciona na 
formação de glicose a partir de esqueletos carbonados de alguns aminoácidos e fornece blocos 
constitutivos para a síntese de alguns aminoácidos e do heme. O ciclo de Krebs deve ser visto 
não como um ciclo fechado, mas sim como um ciclo de tráfego, com compostos que entram e 
saem de acordo com as necessidades do organismo. 
 
 Reações do Ciclo do Ácido Cítrico 
Descarboxilação oxidativa do piruvato → O piruvato é o produto final da glicólise aeróbica, e é 
transportado para dentro da mitocôndria antes que possa entrar no ciclo do ácido cítrico. É um 
transporte efetuado por um transportador específico para o piruvato, que ajuda esse composto a 
cruzar a membrana mitocondrial interna. Uma vez que ele esteja na matriz mitocondrial, é 
convertido em acetil-CoA pelo complexo piruvato-desidrogenase, complexo esse que não faz 
parte propriamente do ciclo, mas é uma importante fonte de acetil-CoA. 
A deficiência no complexo da piruvato-desidrogenase é a causa 
bioquímica mais comum de acidose láctica congênita. 
Síntese do citrato a partir de acetil-CoA e oxalacetato → A condensação de acetil-CoA e 
oxalacetato para formar citrato é catalisada pela citrato-sintase. Essa enzima, citrato-sintase é 
ativada alostericamente por cálcio e ADP e inibida por ATP, NADH, succinil-CoA e derivados acil-
CoA graxos. O citrato é isomerizadopela aconitase, resultando em isocitrato. 
Oxidação e descarboxilação do isocitrato → A enzima isocitrato-desidrogenase catalisa a 
descarboxilação oxidativa irreversível do isocitrato, originando a primeira das três moléculas de 
NADH produzidas pelo ciclo e a primeira liberação de CO2. Esse é um dos passos limitantes 
da velocidade do ciclo do ácido cítrico. 
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Descarboxilação oxidativa do alfa-cetoglutarato → A conversão de alfa-cetoglutarato em 
succinil-CoA é catalisada pelo complexo da alfa-cetoglutarato-desidrogenase, o qual consiste em 
03 atividades enzimáticas. Essa descarboxilação oxidativa é semelhante à utilizada para a 
conversão de piruvato em acetil-CoA. A reação libera o segundo CO2 e produz o segundo NADH 
do ciclo. 
Clivagem da succinil-CoA → A succinato-tiocinase cliva a ligação tioester de alta energia da 
succinil-CoA. Essa reação está acoplada à fosforilação de GDP, produzindo GTP, sendo que o 
GTP e ATP são energeticamente interconversíveis pela reação da nucleosídeo-difosfato-cinase. 
Oxidação do succinato → O succinato é oxidado a fumarato pela succinato-desidrogenase, 
produzindo a coenzima reduzida FADH2. A enzima citada anteriormente é inibida pelo 
oxalacetato. 
Hidratação do fumarato → Quando ocorre resulta em malato, uma reação livremente reversível, 
catalisada pela fumarase. 
Oxidação do malato → Ele é oxidado a oxalacetato pela malato-desidrogenase. Essa reação é 
responsável por produzir o terceiro e último NADH do ciclo. 
 
 Produção de Energia pelo Ciclo do Ácido Cítrico 
Dois átomos de carbono entram no ciclo na forma de acetil-CoA e o deixam na forma de 
CO2. Quatro pares de elétrons são transferidos durante uma volta do ciclo: 3 pares de elétrons 
reduzem NAD+ a NADH e um par reduz FAD a FADH2. A oxidação de um NADH pela cadeia 
transportadora de elétrons leva à formação de aproximadamente 03 ATPs, enquanto que a 
oxidação do FADH2 gera cerca de 02 ATPs. O total de ATPs produzido na oxidação de um acetil-
CoA é de 12 ATPs. 
 
 Regulação do Ciclo do Ácido Cítrico 
Regulação por ativação e inibição de atividades enzimáticas → As enzimas reguladoras mais 
importantes são: citrato-sintase, isocitrato-desidrogenase e o complexo da alfa-cetoglutarato-
desidrogenase. 
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Regulação pela disponibilidade de ADP → O aumento nas concentrações de ADP acelera a 
velocidade de reações que utilizam APD para produção de ATP, a mais importantes delas é a 
fosforilação oxidativa. Caso o ADP esteja presente em concentração limitante, a formação de ATP 
pela fosforilação oxidativa diminui, como resultado de aceptor do grupo fosfato ou de fosfato 
inorgânico. A velocidade da fosforilação oxidativa é proporcional à relação [ADP][Pi]/[ATP], sendo 
essa relação conhecida como controle respiratório da produção de energia. Além disso, 
oxidação de NADH e de FADH2 pela cadeia transportadora de elétrons também cessa se o ADP 
for limitante. 
Fonte: Google imagens. 
 
 
 
 
Referências Bibliográficas 
1. CAMPBELL MARY K., Bioquímica. Tradutor et al: Henrique Bunselmeyer Ferreira et al., 3ªed. 
Porto Alegre: ARTMED, 2007. 
2. Nelson, David L.; COX, Michael M. Princípios de bioquímica de Lehninger. Porto Alegre: 
Artmed, 2011. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2014. 
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