Oxidação Biológica

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Muitas oxidações biológicas podem acontecer sem a participação do oxigênio molecular, por 
exemplo, as desidrogenações
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Oxigênio molecular é incorporado em diversos substratos por enzimas designadas como 
oxigenases; muitos medicamentos, poluentes e carcinógenos químicos (xenobióticos) são 
metabolizados por enzimas dessa classe, conhecidas como o sistema citocromo P450
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Potencial de oxidação-redução ou redox (E'0): tendência do substrato de doar ou receber 
elétrons
•
As enzimas envolvidas na oxidação e redução são chamadas de oxidorredutases e são 
classificadas em quatro grupos: oxidases, desidrogenases, hidroperoxidases e oxigenases.
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O álcool desidrogenase não só oxida etanol para acetaldeído em animais, mas também 
produz etanol a partir de acetaldeído em levedura
○
As oxirredutases catalisam reações reversíveis•
Quimicamente falando, a oxidação é considerada como a remoção de elétrons, enquanto a redução 
é tida como ganho de elétrons. Então, a oxidação é sempre acompanhada de um aceptor de 
elétrons
Oxidases
Desidrogenases atuam sobre moléculas > substrato é oxidado > elétrons são 
transferidos pela citocromo-oxidase para o oxigênio
▪
Enzima inibida pelo monóxido de carbono, pelo cianeto e pelo sulfeto de 
hidrogênio - impede a respiração celular > intoxicação
▪
O heme a3 combina-se com o grupo a para formar esse complexo□
Ele contém duas moléculas de heme, cada qual possuindo um átomo de Fe 
que oscila entre Fe3+ e Fe2+ durante a oxidação e redução
□
Existem dois átomos de Cu, cada qual associado a uma unidade heme□
Citocromo aaa3▪
Citocromo-oxidase: hemoproteínas distribuída em muitos tecidos, possuinte do 
prostético grupo heme (encontrado na mioglobina, hemoglobina e outros citocromos). 
É o componente terminal da cadeia de transportadores respiratórios encontrados na 
mitocôndria.
○
Algumas oxidases contêm cobre•
Formados a partir da vitamina riboflavina ▪
Ligam-se fortemente as suas proteínas apoenzimas ▪
Metaloflavoproteínas - um ou mais metais como cofatores essenciais ▪
Enzimas contendo flavina mononucleotídeo (FMN) ou flavina adenina dinucleotídeo 
(FAD) como grupamentos prostéticos 
○
L-aminoácido-oxidase (FMN): desaminação oxidativa dos L-aminoácidos de ocorrência 
natural no rim
○
Xantina-oxidase: contém molibdênio e desempenha um papel importante na conversão 
de bases purinas em ácido úrico 
○
Aldeído-desidrogenase (FAD): presente no fígado, contendo molibdênio e ferro não 
heme que atua sobre aldeídos e substratos N-heterocíclicos
○
Flavoproteínas•
As oxidases catalisam a remoção de hidrogênio de um substrato usando o oxigênio como aceptor 
de hidrogênio. Elas formam água ou peróxido de hidrogênio como um produto da reação
Desidrogenases
Desidrogenases específicas para o substrato○
Utilização de coenzimas - NAD+○
Redução de equivalentes que podem ser revertidos e transferidos dentro da 
célula
○
Fase anaeróbia da glicólise○
Transferência de hidrogênio de um substrato para outro em uma reação de 
oxidorredução acoplada
•
Transferência de elétrons na cadeia respiratória de transporte de elétrons do 
substrato para o oxigênio
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As desidrogenases não podem usar oxigênio como aceptor de hidrogênio, então 
transferem os elé´trons para uma coenzima flavínica ou nicotinamida que depois é 
reduzida. Elas possuem diversas funções, sendo:
As coenzimas (NAD+ e NADP+) são reduzidas (NAD e NADP) pelo substrato específico 
da desidrogenase e reoxidadas por um aceptor de elétron apropriado, podendo se 
dissociar livre e reversivelmente de suas apoenzimas
•
Glicólise, ciclo de Krebs e cadeia respiratória das mitocôndrias○
Desidrogenase ligada ao NAD - reações de oxidorredução nas vias oxidativas do 
metabolismo
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Desidrogenase ligada ao NADP - reações redutoras, como na via extramitocondrial 
da síntese de ácido graxo e na síntese de esteroide, assim como na via das pentoses 
fosfato
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Muitas desidrogenases dependem de coenzimas nicotinamida (como a nicotina adenina 
dinucleotídeo - o famoso NAD+ - ou a nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato - o 
NADP+), formados no organismo a partir da vitamina NIACINA. 
Ligam-se firmemente às apoenzimas•
Transporte de elétron dentro (ou para) da cadeia respiratória•
A NADH desidrogenase age como um transportador de elétrons entre o NADH e os 
componentes de potencial redox mais elevado
•
Desidrogenação: por meio da di-hidrolilpoil-desidrogenase ocorre desidrogenação 
do lipoato reduzido, um intermediário na descarboxilação oxidativa do piruvato e do 
a-cetoglutamato
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As outras desidrogenases dependem de riboflavina, cujos grupamentos são muito 
semelhantes ao FAD e FMN que ocorrem nas oxidases .
A flavoproteína transferidora de elétron é intermediário entre a acil -CoA-
desidrogenase e a cadeia respiratória 
•
Existem outras desidrogenases, como o succinato-desidrogenase, o acil-CoA-desidrogenase 
e a glicerol-3-fosfatodesidrogenase mitocondrial que transferem equivalentes de redução 
diretamente do substrato para a cadeia respiratória
Na cadeia respiratória, estão envolvidos como transportadores de elétrons a partir 
das flavoproteínas em um lado para a citocromo oxidase no outro. Diversos 
citocromos identificáveis ocorrem na cadeia respiratória, isto é, os citocromos b, c1, c e 
a citocromo-oxidase. Os citocromos também são encontrados em outros locais, por 
exemplo, no retículo endoplasmático (citocromos P450 e b5) e em células vegetais, 
bactérias e leveduras.
•
Citocromos 
Hidroperoxidases
Reduzem os peróxidos empregando diversos aceptores de elétrons○
Eicosanoides são moléculas derivadas de ácidos graxos com 20 carbonos das 
famílias ômega-3 e ômega 6. A maioria dos eicosanoides mais relevantes 
deriva do ácido araquidônico através da via metabólica da cascata do ácido 
araquidônico.
▪
Encontradas no leite, leucócitos, plaquetas e em outros tecidos envolvidos no 
metabolismo de eicosanoides 
○
Grupamento prostético: proto-heme.○
Na reação catalisada por peroxidase, o peróxido de hidrogênio é reduzido à custa 
de várias substâncias que atuam como aceptores de elétron, tais como o 
ascorbato, quinonas e citocromo c
○
Peroxidase•
Dois tipos de enzimas encontrados tanto em animais quanto em vegetais se situam nestas 
categorias: peroxidases e catalase. As hidroperoxidases protegem o organismo contra os 
peróxidos perigosos. O acúmulo de peróxidos pode levar à produção de radicais livres, os 
quais, por sua vez, podem romper membranas e, talvez, provocar doenças, incluindo o 
câncer e a aterosclerose
Glutationa peroxidase (SELÊNIO como grupo prostético): catalisa a destruição do 
H2O2 e hidroperóxidos lipídicos por meio da conversão da glutationa reduzida em 
sua forma oxidada, protegendo os lipídeos da membrana e a hemoglobina contra 
a oxidação pelos peróxidos
○
Emprega o peróxido de hidrogênio como aceptor e doador de elétrons○
Hemoproteína que contém 4 grupos heme○
Encontrada no sangue, na medula óssea, nas mucosas, nos rins e no fígado○
Age para destruir o peróxido de hidrogênio formado pela ação das oxidases no 
fígado
○
Catalase•
Grupo Prostético: substância não proteica combinada com uma proteína. Muitos pigmentos respiratórios são proteínas 
conjugadas, para as quais muitas enzimas necessitam de grupos prostéticos, alguns dos quais são íons metálicos. Os hidratos 
de carbono e lipídios nas glicoproteínas e lipoproteínas são grupos prostéticos das suas proteínas.
Os citocromos P450 catalisam muitas reações de hidroxilação de esteroides e etapas de destoxificação de 
medicamentos. O citocromo b3 atua junto com o citocromo-b3-redutase contendo FAD na reação acil-graxo-
CoA-dessaturase e também trabalham em conjunto com os citocromos P450 na destoxificação de medicamentos
Oxigenase
Incorporam ambos átomos de oxigênio em substrato○
A + O -> AO2○
Enzimas hepáticas como a homogentisato-dioxigenase (oxidase) e 3-hidroxiantranilato-
dioxigenase (oxidase), que contêm ferro, e L-triptofano-dioxigenase (triptofano pirolase), 
que emprega o heme
○
Dioxigenases•
Funçãomista - hidroxilases ○
Z é o cossubstrato□
A-H + O2 +ZH2 -> A-OH + H20 + Z ▪
Incorporam apenas um átomo de oxigênio ao substrato, sendo o outro átomo de oxigênio 
reduzido à água com a ajuda de um doador de elétron adicionado (ou cossubstrato)
○
Mono-oxigenase portadora do grupo heme ▪
Retículo endoplasmático do fígado e intestinos ▪
NADH e NADPH doam equivalentes de redução para a redução do citocromo -
Citocromo P450 - importante para a destoxificação de muitas substâncias e hidroxilação 
de esteroides
○
Mono-oxigenases •
As oxigenases estão relacionadas com a síntese ou degradação de muitos tipos diferentes de 
metabólitos. Elas catalisam a incorporação de oxigênio em uma molécula de substrato em duas 
etapas: (1) o oxigênio é ligado à enzima no sítio ativo e (2) o oxigênio ligado é reduzido ou 
transferido para o substrato. As oxigenases podem ser divididas em dois subgrupos, dioxigenases e 
mono-oxigenases
Stella Fernandes - MEDUFMS/Turma LIII
 Oxidação Biológica 
 Página 1 de OXIDAÇÃO E KREBS 
Emprega o peróxido de hidrogênio como aceptor e doador de elétrons○
Hemoproteína que contém 4 grupos heme○
Encontrada no sangue, na medula óssea, nas mucosas, nos rins e no fígado○
As enzimas que produzem H2O2 são agrupadas com a enzima que os clivam▪
Os sistemas de transporte de elétrons mitocondrial e microssomal, bem 
como a xantina-oxidase, devem ser considerados fontes adicionais de H2O2.
▪
Age para destruir o peróxido de hidrogênio formado pela ação das oxidases no 
fígado
○
Catalase•Z é o cossubstrato□
Mono-oxigenase portadora do grupo heme ▪
Retículo endoplasmático do fígado e intestinos ▪
NADH e NADPH doam equivalentes de redução para a redução do citocromo -
oxidados no ciclo da hiddroxilase
▪
Fígado - junto com o citocromo b5 - metabolismo e destoxificação de 75% das 
substâncias do organismo
▪
A velocidade de destoxificação de muitas substâncias medicinais por citocromo P450 
determina a duração de suas ações
▪
Fenobarbital induz sua síntese ▪
Os sistemas citocromo P450 mitocondriais são encontrados nos tecidos 
esteroidogênicos (córtex suprarrenal, testículos, ov´´arios e placenta) - síntese dos 
hormônios esteroides a partir do colesterol 
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Citocromo P450 - importante para a destoxificação de muitas substâncias e hidroxilação 
de esteroides
○
Superóxido-dismutase
A toxicidade do oxigênio se deve à sua conversão em superóxido nos tecidos •
Enz-Flavina-H2 + O2 -> Enz-Flavina-H + O2- + H+○
O superóxido pode reduzir o citocromo oxidado ○
Ele é formado quando as flavinas reduzidas - presentes na xantina oxidase -são reoxidadas de 
modo univalente pelo oxigênio molecular 
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O2- + Cit c (Fe3+) -> O2 + Cit c (Fe2+)○
Ou ser removido pela superóxido dismutase•
A exposição prolongada pode levar a lesão pulmonar e morte ○
A exposição de animais a uma atmosfera de oxigênio a 100% pode provocar um aumento 
adaptativo na superóxido dismutase, principalmente nos pulmões
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Protege os organismos aeróbios contra a intoxicação por oxigênio. A transferência de um único 
elétron para O2 gera o radical livre ânion superóxido (O2-), o qual origina reações em cadeia de 
radical livre, amplificando seus efeitos destrutivos. 
 Página 2 de OXIDAÇÃO E KREBS