Glicólise, Ciclo de Krebs e Cadeia Transportadora

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GLICÓLISE
A oxidação completa da glicose envolve algumas etapas principais:
 1. Glicólise: transformação, no citosol, de uma molécula de glicose (6 carbonos) em duas de piruvato (3 carbonos), com produção de ATP, prótons e elétrons que são recebidos por coenzimas
2. Descarboxilação do piruvato, que se transforma em um composto de 2 carbonos (C2). Este se combina com um composto de 4 carbonos (C4) e forma um composto de 6 carbonos (C6) 
3. Ciclo de Krebs: C6 perde dois carbonos sob forma de CO2, regenerando C4 
4. Cadeia respiratória 
Conceito de glicólise: Quebra de glicose para obtenção de energia. Envolve uma série de reações, mas a rigor, a glicólise é a degradação da glicose em duas moléculas de piruvato. A via da glicólise é a via central e universal (ubíqua – não é exclusiva do ser humano) do metabolismo da glicose. É catalisada por enzimas citosólicas solúveis (não precisa de nenhuma organela) – o modelo utilizado para estudo é a hemácia, pois tem a glicose e a glicólise como única fonte de energia. 
ETAPAS 
Na glicólise, uma molécula de glicose (C6H12O6) é oxidada em uma série de reações catalisadas por enzimas, formando duas moléculas de piruvato ou ácido pirúvico (C3H4O3) com energia conservada na forma de ATP e NADH. É um processo anaeróbio que ocorre no citoplasma das células.
A quebra da glicose, em duas moléculas de piruvato ocorre em 10 etapas, sendo que as primeiras 5 constituem a fase preparatória. Nesta fase, o ATP é consumido para a conversão de glicose em frutose-1,6-bifosfato. 
· Nessas reações, a glicose é inicialmente fosforilada no grupo hidroxil ligado ao C-6 (etapa 1).
· A D-glicose-6-fosfato assim formada é convertida a D-frutose-6-fosfato (etapa 2), a qual é novamente fosforilada, desta vez em C-1, para formar D-frutose-1,6-bifosfato (etapa 3). 
· Nas duas reações de fosforilação, o ATP é o doador de grupos fosforil. Todos os açúcares formados na glicólise são isômeros D.
· A frutose-1,6-bifosfato é dividida em duas moléculas de três carbonos, a di-hidroxiacetona-fosfato e o gliceraldeído-3-fosfato (etapa 4); essa é a etapa de “lise”. 
· A di-hidroxiacetona-fosfato é isomerizada a uma segunda molécula de gliceraldeído-3-fosfato (etapa 5), finalizando a primeira fase da glicólise. 
Obs.: Na fase preparatória da glicólise, a energia do ATP é consumida, aumentando o conteúdo de energia livre dos intermediários, e as cadeias de carbono de todas as hexoses metabolizadas são convertidas a um produto comum, o gliceraldeído-3-fosfato. O ganho de energia provém da fase de pagamento da glicólise. Cada molécula de gliceradeído-3-fosfato é oxidada e fosforilada por fosfato inorgânico (não por ATP) para formar 1,3-bifosfoglicerato (etapa 6). Ocorre liberação de energia quando as duas moléculas de 1,3-bi- fosfoglicerato são convertidas a duas moléculas de piruvato (etapas 7 a 10). Grande parte dessa energia é conservada pela fosforilação acoplada de quatro moléculas de ADP a ATP. 
Obs.: O rendimento líquido são duas moléculas de ATP por molécula de glicose utilizada, já que duas moléculas de ATP foram consumidas na fase preparatória. A energia também é conservada na fase de pagamento com a formação de duas moléculas de NADH por molécula de glicose.
Nas reações seguintes da glicólise, três tipos de transformações químicas são particularmente notáveis: (1) a degradação do esqueleto carbônico da glicose para produzir piruvato; (2) a fosforilação de ADP a ATP pelos compostos com alto potencial de transferência de grupos fosforil, formados durante a glicólise; e (3) a transferência de um íon hidreto para o NAD1, formando NADH.
· O NAD é uma coenzima que pode receber até dois hidrogênios, assim como o FAD. Levam esses hidrogênios à cadeia respiratória para produção de ATP Sempre que numa reação houver produção de NADH ou NADH2, a célula está caminhando para produção de energia. Se o NAD ganha dois hidrogênios e vira NADH2, vai perder um deles. O FADH2 é mais estável que o NADH2.
· O rendimento de ATP da glicólise em condições anaeróbias (2 ATP por molécula de glicose) é muito menor do que aquele a partir da oxidação completa da glicose a CO2 em condições aeróbias (30 ou 32 ATP por glicose). Portanto, para produzir a mesma quantidade de ATP, é necessário consumir cerca de 15 vezes mais glicose em condições anaeróbias do que aeróbias.
· A glicólise é regulada pelos hormônios glucagon, adrenalina e insulina e por variações na expressão de genes de várias enzimas glicolíticas. Um caso de regulação anormal da glicólise é visto no câncer onde tumores de praticamente todos os tipos possuem velocidade da glicólise muito maior que a de tecidos normais.
· A captação da glicose do sangue é mediada pela família GLUT de transportadores de glicose. Os transportadores nos hepatócitos e nos neurônios cerebrais estão sempre presentes nas membranas plasmáticas. Por outro lado, o principal transportador de glicose nas células do músculo esquelético, músculo cardíaco e tecido adiposo está armazenado em pequenas vesículas intracelulares e se desloca para a membrana plasmática apenas em resposta a um sinal de insulina. Portanto, em músculo esquelético, coração e tecido adiposo, a captação e o metabolismo da glicose dependem da liberação normal de insulina pelas células β pancreáticas em resposta à quantidade elevada de glicose no sangue.
Obs.: Durante a glicólise, parte da energia da molécula de glicose é conservada na forma de ATP, enquanto a maior parte permanece no produto, o piruvato. Para cada molécula de glicose degradada a piruvato, duas moléculas de ATP são geradas a partir de ADP e Pi, e duas moléculas de NADH são produzidas pela redução de NAD1. O aceptor de hidrogênio nessa reação é NAD1. 
· A conversão de glicose a piruvato é uma reação exergônica.
· A formação de ATP a partir de ADP e Pi é uma reação endergônica.
· A glicólise é um processo essencialmente irreversível. 
Destinos do piruvato: o piruvato formado na glicólise é metabolizado por três rotas catabólicas. Em organismos aeróbios ou em tecidos em condições aeróbias, a glicólise é apenas o primeiro estágio da degradação completa da glicose. 
· Primeiro o piruvato é oxidado, com a perda de seu grupo carboxil na forma de CO2, para gerar o grupo acetil da acetil-coenzima A.
· O segundo destino do piruvato é a sua redução a lactato por meio da fermentação láctica. Quando em contração vigorosa, o músculo esquelético trabalha em condições de baixa pressão de oxigênio (hipoxia), em que NADH não pode ser reoxidado a NAD1, mas NAD1 é necessário como aceptor de elétron para a oxidação do piruvato. Sob essas condições, o piruvato é reduzido a lactato, recebendo os elétrons do NADH, dessa forma regenerando o NAD1 necessário para continuar a glicólise. Certos tecidos e tipos celulares (p. ex., retina e eritrócitos) convertem glicose a lactato mesmo em condições aeróbias.
· Os lactobacilos (bactérias presentes no leite) executam fermentação lática, em que o produto final é o ácido lático. Para isso, eles utilizam como ponto de partida, a lactose, o açúcar do leite, que é desdobrado, por ação enzimática que ocorre fora das células bacterianas, em glicose e galactose. A seguir, os monossacarídeos entram nas células, onde ocorre a fermentação.
· Cada molécula do ácido pirúvico é convertido em ácido lático, que também contém três átomos de carbono. 
· A terceira rota principal do catabolismo do piruvato leva à produção de etanol. O piruvato é convertido, em hipoxia ou condições anaeróbias, em etanol e CO2, um processo chamado de fermentação etanólica (alcoólica).
· As leveduras e algumas bactérias fermentam açucares, produzindo álcool etílico e gás carbônico (CO2), processo denominado fermentação alcoólica. Na fermentação alcoólica, as duas moléculas de ácido pirúvico produzidas são convertidas em álcool etílico (também chamado de etanol),com a liberação de duas moléculas de CO2 e a formação de duas moléculas de ATP. Esse tipo de fermentação é realizado por diversos microorganismos, destacando-se os chamados “fungos de cerveja”, da espécie Saccharomyces cerevisiae.
 
 
· Obs.: Fermentação é um termo geral para a degradação anaeróbia da glicose ou de outros nutrientes orgânicos para obtenção de energia, conservada como ATP.
 
 
 
 
· A gliconeogênese é a formação de glicose a partir de precursores que não são carboidratos. Os precursores da glicose são compostos de três carbonos como o lactato, o piruvato e o glicerol, assim como certos aminoácidos. A gliconeogênese ocorre principalmente no fígado.
· Tanto a glicólise quanto a gliconeogênese são processos irreversíveis nas células.
· Se a glicólise (a conversão de glicose em piruvato) e a gliconeogênese (a conversão de piruvato em glicose) ocorressem simultaneamente em altas taxas, o resultado seria o consumo de ATP e a produção de calor. No entanto, as vias são reguladas de forma que, quando o fluxo de glicose por meio da glicólise aumenta, o fluxo de piruvato em direção à glicose diminui, e vice-versa. 
Obs.: 
· Produção do glicogênio a partir da glicose: glicogênese
· Produção da glicose a partir do glicogênio: glicogenólise
· A glicose pode ser armazenada na forma de glicogênio ou de amido para evitar que o corpo entre facilmente em hipoglicemia.
· Qualquer tecido pode sintetizar e armazenar glicogênio em baixas quantidades, mas o fígado e músculos (esquelético e cardíaco) produzem grandes quantidades. Entre as refeições, a glicose sanguínea é derivada primariamente do glicogênio hepático, através da glicogenólise ou gliconeogênese.
· Aerobiose: células que têm mitocôndria e metabolismo oxidativo. Piruvato totalmente convertido a CO2 e H2O. Hemácia: célula anaeróbica estrita e dependente de glicose; a hemácia transporta oxigênio, mas não o utiliza em seu metabolismo; a glicólise na hemácia sempre termina em lactato.
· Anaeróbica: piruvato é reduzido a ácido lático. 1 mol de glicose convertido a 2 mol de lactato. Não há consumo de O2 nem produção de CO2. Saldo de 2 mol de ATP por mol de glicose
 
Principais enzimas 
· Hexoquinase (músculo) ou glicoquinase (fígado) 
· Fosfofrutoquinase 
· Piruvato quinase (“avisa” que o processo de glicólise começou) 
Essas enzimas têm ação regulatória, sua ativação dispara a velocidade da glicólise e precisam ser fosforiladas para que estejam na forma ativada 
Regulação da via glicolítica 
Alostérica 
Hexoquinase : A hexoquinase (enzima que fosforila a glicose) tem sítio alostérico e a própria glicose-6-fosfato como seu regulador alostérico. Se há muita glicose-6fosfato, a hexoquinase é alostericamente inibida por ela 
Fosfofrutoquinase: Adiciona um fosfato à frutose-1,6-bifosfato ATP e citrato (1º intermediário no ciclo de Krebs) são reguladores negativos e o AMP (sinaliza falta de energia) e a glicose-2,6-difosfato são reguladores positivos 
Piruvato quinase: Participa da última etapa da glicólise 
Hormonal (=covalente)
Na glicólise, a fosforilação das enzimas provoca inibição. Essa fosforilação é sempre mediada por hormônio (glucagon). Uma pessoa em jejum está com glicemia baixa, o que aumenta o glucagon. A ação esperada do glucagon é fosforilar as enzimas da glicólise, inibindo-as a fim de diminuir o consumo de glicose 
A insulina tem ação contrária ao glucagon, pois em hiperglicemia, promove a desfosforilação das enzimas glicolítica – essas enzimas fosforiladas estão ativadas. A insulina estimula o consumo de glicose pela célula, não apenas pela glicólise 
 
RESUMO 
Glicólise é a via para metabolização da glicose ou glicogênio até piruvato ou lactato 
Glicose entra na célula e é fosforilada 
Sofre uma série de reações que produzem duas moléculas de piruvato para cada glicose, dois NADH+ e saldo de dois ATP 
 Pode funcionar em anaerobiose regenerando o NAD+ oxidado pelo acoplamento à redução de piruvato a lactato 
Três enzimas catalisam reações irreversíveis: hexoquinase ou glicoquinase, fosfofrutoquinase e piruvato quinase 
As condições que envolvem a incapacidade de metabolizar o piruvato em geral provocam lactoacidose 
CICLO DE KREBS, DO ÁCIDO CÍTRICO OU DO ÁCIDO TRICARBOXÍLICO 
O ciclo de Krebs é uma via central, através da qual os combustíveis são oxidados, mas também participa das principais vias de biossíntese. A via glicolítica* e o ciclo de Krebs não existem apenas para produção de energia, mas estão relacionados com outras vias metabólicas, seja para fornecer substrato (lipídios) ou utilizar (aminoácidos), tais como: 
· Glicogenólise
· Glicogênese
· Glicólise
· Gliconeogênese
· Lipogênese
· Ciclo das pentoses 
· A glicose é fosforilada para que não saia da célula e é armazenada na forma de glicogênio em grande quantidade no fígado e nos músculos. Em aerobiose, a glicose é quebrada em piruvato para obtenção de energia, sendo utilizado NAD (oxidado) em NADH (reduzido) – o H é cedido para o piruvato. Em anaerobiose, o piruvato é transformado em lactato, que promoverá a reoxidação do NAD, para a continuidade da via glicolítica. Parte do lactato pode ser reutilizado pela musculatura esquelética, enquanto o restante atinge a circulação – a formação de lactato e de piruvato é catalisada pela mesma enzima. Na fase anaeróbica não há produção de CO2, pois não há consumo de O2. Funções da via glicolítica: 
· Transformar glicose em piruvato
· Sintetizar ATP com ou sem oxigênio
· Preparar a glicose para ser degradada totalmente em CO2 e H20 
· Permitir a degradação parcial da glicose em anaerobiose 
· Alguns intermediários são utilizados em diversos processos biossintéticos 
Papeis do ciclo de Krebs:
Oxidativo: os principais produtos são GTP, NADH e FAHD2 (coenzimas reduzidas que fornecem energia livre para síntese de ATP) 
Biossintético: fornece intermediários para a síntese de glicose, ácidos graxos, aminioácidos, grupo heme e ATP 
 
ACETIL-COA 
A ocorrência do ciclo de Krebs depende da presença de acetil-CoA e é o destino deste produto, que é comum ao catabolismo das gorduras, carboidratos e proteínas A acetil-CoA pode ser obtida de três formas principais: 
· Glicólise: carboidrato gera piruvato e este sofre descarboxilação oxidativa para acetilCoA 
· Lipólise: os triacilglicerois são convertidos em glicerol e ácido graxo e estes são oxidados a acetil-CoA 
· Proteólise: proteínas teciduais liberam muitos aminoácidos que serão metabolizados a acetil-CoA 
 
CONVERSÃO DE PIRUVATO A ACETIL-COA
Antes de iniciar o ciclo, é necessária a descarboxilação oxidativa do piruvato a acetil-CoA, catalisada por um complexo multienzimático, o complexo piruvato-desidrogenase. O complexo piruvato desidrogenase (PDH) tem vários compostos unidos: 
· 2 enzimas desidrogenases 
· 1 transacetilase 
· 5 coenzimas (tiamina, ácido lipóico, FAD (B2 – riboflavina) 
· CoA-SH (vitamina B5 ou ácido pantotênico) 
· NAD (vitamina B3 ou nicotinamida) 
Substrato passa de uma reação para outra e cada etapa depende da anterior. Começa cedendo CO2 e ligando o piruvato à tiamina. A coenzima sempre deve permanecer na sua forma oxidada, tornandose reduzida assim que ligada a algum composto (normalmente hidrogênio) – se está reduzida, a coenzima não tem mais efeito – e assim por diante, com todas as coenzimas. O NAD é o último aceptor de prótons e elétrons, por isso é representado nas reações 
Reguladores do complexo 
· Positivos: AMP, CoA e NAD+. As enzimas quando desfosforiladas são ativas 
· Negativos: ATP, acetil-CoA e NADH 
O complexo piruvato desidrogenase pode sofrer inibição por substâncias externas, tais como arsênio, mercúrio e outros metais pesados. O mercúrio se liga ao ácido lipoico, que é retirado do funcionamento do complexo, interrompendo a cadeira de reações 
Reações: 
· 1 glicose formando 2 piruvatos 
· Descarboxilação do piruvato, que perde um carbono na forma de CO2. De 3 passa para 2 carbonos, formando acetil-CoA 
· 2 piruvatos formam 2 acetil 
· 1 acetil para cada NAD· Cada NAD produz 3 ATP, então ao todo são 6 ATPs formados 
REAÇÕES DO CICLO DE KREBS 
O ciclo de Krebs ocorre no interior da mitocôndria na presença de oxigênio. A presença de acetil-CoA e oxaloacetato é imprescindível para a ocorrência do ciclo. Acetil-CoA é liberada por hidrólise União dos 4 carbonos do oxaloacetato com os 2 carbonos do acetil formando o citrato, que é um álcool terciário (não pode ser oxidado). O citrato é transformado em isocitrato, que é um álcool secundário (pode ser oxidado) Oxidação do isocitrato com perda de 1 carbono na forma de C02 e hidrogênios e formação de alfa-cetoglutarato – ação da enzima isocitrato desidrogenase Alfa-ceto-glutarato é transformado em succinil-CoA por mecanismo semelhante ao da formação do piruvato – o ciclo não é interrompido quando o succinil é formado porque é necessária a presença de oxalacetato, que é obtido pela carboxilação do piruvato. Quebra de uma ligação do succinil e formação do succinato. A energia da quebra da ligação será armazenada na forma de ATP (inicialmente, na forma de GTP, que então transfere para GTP) A partir do succinato forma-se o fumarato, que é transformado em malato. A partir do malato, e através da malato desidrogenase, regenera-se o oxalacetato. 
RESUMO: 
 
1) Condensação da acetil-CoA com oxaloacetato para formar citrato – IRREVERSÍVEL Enzima: citrato-sintase 
2) Citrato é convertido a isocitrato Enzima: aconitase 
3) Desidrogenação de isocitrato para formar oxalosuccinato Enzima: isocitrato desidrogenase 
4) Oxalosuccinato sofre descarboxilação formando alfa-ceto-glutarato Enzima: isocitrato desidrogenase 
5) Descarboxilação oxidativa do alfa-ceto-glutarato a succinil-CoA Enzima: complexo alfa-cetoglutarato-desidrogenase 
6) Succinil-CoA é convertido a succinato Enzima: succinato tioquinase 
7) Desidrogenação do succinato formando fumarato Enzima: succinato desidrogenase 
8) Adição de água ao fumarato formando malato Enzima: fumarase 
9) Malato é convertido em oxaloacetato Enzima: malato desidrogenase 
 
Funções químicas presentes no ciclo 
· Ácido
· Álcool 
· Cetona 
 
Regulação 
 
Piruvato desidrogenase :Possui enzimas estimuladas por metais como Ca2+ e Mg2+ (fracamente ligados as enzimas). Sua ação é inibida por aumento de ATP, de Acetil-CoA e NADH. 
 
Citrato sintase: É inibida pelo aumento da concentração de ATP, pois isso aumenta o Km da enzima para o AcetilCoA (diminuindo a afinidade). 
 
Isocitrato desidrogenase: Inibida pela alta concentração de ATP e ativada pelo aumento de ADP e de Ca2+ (dependente do NAD+). 
Αlfa-cetoglutarato desidrogenase: Ativada por Ca2+ e inibida pelo aumento de succinil-CoA, de NADH, GTP e ATP (dependente de NAD+). 
Obs.: 
· O ATP é inibidor alostérico da citrato sintase e da isocitrato desidrogenase, inibindo o ciclo. 
· O Ca2+ e o Mg2+ são ativadores do ciclo de Krebs. 
· NAD+ é o fator limitante: alcoólatras produzem muito NADH pela degradação do álcool, diminuindo a concentração de NAD+. 
· NAD reduzido em alta quantidade bloqueia a continuação do ciclo, que precisa que o NAD esteja oxidado 
· Malonato e oxaloacetato: inibição competitiva, ligando-se ao sítio ativo da enzima succinato desidogenase 
 
Regulação geral do ciclo 
· Disponibilidade de oxaloacetato. 
· Disponibilidade de NAD+ (advindo da oxidação do NADH na cadeia respiratória e dependente da disponibilidade de ADP na cadeia respiratória de elétrons – ADP indica 
· que a cadeia deve continuar oxidando as coenzimas). 
· Regulação do Complexo Piruvato Desidrogenase. 
· Regulação Alostérica das enzimas do ciclo. 
 
Balanço das reações 
Parte aeróbica produz 30 ATPs por molécula de glicose que será consumida totalmente a CO2 e H2O Associando as partes aeróbicas e anaeróbicas, o NAD deve ser levado para dentro da mitocôndria e devem ser contabilizados para produção de energia O NAD não tem permeabilidade à membrana mitocondrial A coenzima do FAD é o aceptor de menores quantidades de energia A produção de ATP varia conforme a necessidade de vias metabólicas estarem mais ou menos aceleradas. Se o consumo energético é maior, com o indivíduo desperto, o saldo energético é menor (36 ATP) porque há um consumo 
 
Sistema de lançadeira 
São proteínas transportadoras e fazem o transporte daquilo que as nomeia. Existem 2 sistemas 
1. Dihidroxicetona; 2. Malato-aspartato (ex: as proteínas transportam malato e aspartato) Importância: essas substâncias, além de participarem do ciclo, são responsáveis por transportar o NAD, que não consegue atravessar a barreira mitocondrial 
 
Reações anapleróticas/Reações de preenchimento 
Muitos intermediários do ciclo participam de outros processos de biossíntese e se esgotam, devendo ser restabelecidos. Essas reações abastecem o ciclo com outros intermediários que não a acetil-CoA A mais importante é a leva à formação de oxalacetato a partir de piruvato, catalisada pela piruvato carboxilase Exemplos: 
· Citrato: a partir dele são sintetizadas as reservas de gordura e colesterol (precursor da produção de vários hormônios esteroides); 
· Isocitrato; 
· Oxaloacetato: forma aspartato; 
· Alfa-cetoglutarato: forma glutamato; relacionado ao metabolismo de aminoácidos não essenciais (aminoácidos de produção endógena). Muitos aminoácidos podem ser degradados e produzir elementos do ciclo de Krebs; 
· Succinil-CoA: precursora do grupo heme; pode produzir porfirinas paralelamente; 
· Malato: pode produzir glicose paralelamente para gliconeogênese 
 
Obs.: 1) O metabolismo hepático de drogas liga resíduos de açúcares modificados, o que promove o aumento de solubilidade para facilitar a excreção (via aquosa) 
2) A enzima piruvato desidrogenase cinase inibe a piruvato-desidrogenase. A enzima piruvato desidrogenase fosfatase desfosforila e ativa a piruvato desidrogenase
3) O cálcio é um forte ativador da piruvato desidrogenase fosfatase. O aumento da atividade desta implica em aumento da produção de energia 
CADEIA RESPIRATÓRIA E FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA 
A energia útil formada durante a oxidação de substratos é capturada sob a forma de ATP, que é um intermediário de alta energia, e libertada no interior da mitocôndria através da cadeia respiratória, uma série de catalisadores destinados ao transporte de hidrogênio (prótons) e elétrons e reação final com oxigênio para formar água O ciclo de Krebs ocorre na matriz mitocondrial enquanto a cadeia respiratória na membrana interna da mitocôndria. O sistema de transporte de elétrons ocorre por reações de oxirredução sequenciais. Os elétrons migram através de proteínas transportadoras, fixas ou móveis. Os transportadores, em regra, são proteicos (há apenas um transportador que é lipídico) e estão na membrana interna da mitocôndria. Doadores de elétrons: 
· NADH + H+ 
· FADH2 (produzido na reação que converte succinato a fumarato) 
 
Os elétrons não migram espontaneamente. São atraídos pelas proteínas de membrana devido a diferenças de potencial de oxirredução (as proteínas têm alta afinidade por elétron). Os componentes da cadeia respiratória estão ordenados segundo suas afinidades eletrônicas. A migração ocorre devido ao aumento do potencial de oxirredução até chegar ao O2 (átomo mais eletronegativo). O oxigênio pode receber 4 elétrons, mas quando isso acontece, para estabilizar sua eletronegatividade, capta 4 prótons, resultando em água – isso ocorre na membrana interna da mitocôndria. O bombeamento de prótons acompanha o transporte de elétrons. 
O2 + 4e + 4H+ ---> H2O 
A acidez é tanta que os prótons precisam retornar para a matriz mitocondrial. Então, paralelamente a esse processo, há um gradiente de prótons (diferença de concentração) que provoca uma tendência a difusão (tendência de prótons voltarem para a matriz em alta velocidade). É essa tendência que fornece energia química para síntese de ATP. Funções: 
· Reoxidar coenzimas (retirar H+ de NADH+H+ e FADH2) – a glicólise só ocorre com NAD oxidado 
· Formação de ATP (é a maior fonte de ATP) 
· A membrana interna da mitocôndria tem uma grande quantidade de proteínas, que são proteínas transportadorasde elétrons 
 Componentes transportadores da cadeia respiratória 
4 componentes fixos: complexos proteicos 
· o Complexos I 
· o Complexo II 
· o Complexo III 
· o Complexo IV 
2 componentes móveis (transitam pela membrana): 
· Coenzima Q (= ubiquinona) – é um lipídio; único transportador não proteico o Citocromo C* 
· Citocromo: proteínas que têm na sua estrutura um grupamento “heme” (são heme-proteínas). Associados aos complexos há uma família de citocromos (A, A1, A2, B, C). O ferro do grupo heme é importante porque é um bom doador de elétrons 
Etapas 
 
1) a) NAD doa 2 elétrons que são recebidos pelo complexo I por afinidade – os elétrons sempre migram aos pares 
b) Na reação succinato a fumarato é produzido FADH2 e os dois elétrons que o FADH2 pode doar são recebidos pelo complexo II. O FADH2 só doa para este complexo. Continua a cadeia da mesma forma. 
 
2) Os elétrons migram por essa proteína até que migrem para a coenzima Q, que é móvel e leva os complexos para o complexo III 
 
3) Os elétrons são recebidos pelo citocromo c, proteína periférica (não é inserida na membrana interna, mas consegue se aproximar o suficiente) que capta os elétrons e os leva ao complexo IV. 
 
4) O complexo IV é rico em cobre (metal que tem alta afinidade de atrair oxigênio) 5) Termina com os elétrons se ligando a oxigênio e prótons. Associada a esse trânsito de elétrons, há transporte de prótons, que vêm do NAD e do FAD. O complexo II é o único que não bombeia prótons, por que não é uma proteína transmembranar. 
Pelo menos uma das subunidades da proteína transportadora funciona como bomba de prótons levando-os da matriz para o espaço intermembranar, que não precisa de ATP para ser ativada. Toda vez que chegarem 2 elétrons, 4 prótons serão transportados para a matriz – o complexo 4 bombeia só 2 prótons. Esse grande acúmulo de prótons provoca acidez, de modo que tendem a retornar para a matriz mitocondrial. A cadeia respiratória gera corrente elétrica capaz de realizar trabalho, que é a síntese de ATP. O NAD produz mais ATP que o FAD por que gera maior bombeamento de prótons 
 
Acúmulo de prótons no espaço intermembranar pode ser tóxico. Na membrana interna há uma proteína acessória que forma um canal de prótons (proteína F0-F1-ATP-sintetase) – alguns autores chamam de complexo V.
· Fração F0 é um canal de prótons
· Fração F1 é a enzima ATP-sintetase que é acoplada à F0 
 
6) O canal iônico fica fechado e só vai se abrir e permitir a passagem de prótons frente a um estímulo, qual seja a queda do pH 
7) Quando o canal é aberto, os prótons passam com alta velocidade. A energia cinética é captada pela ATP-sintetase, produzindo ATP (reação endergônica) 
 
Mecanismo de fosforilação oxidativa* – Teoria de Mitchell (1961) 
· Fosforilação a nível de substrato: síntese de ATP sem presença de oxigênio – produz uma quantidade insuficiente. 
· Fosforilação oxidativa: síntese de ATP na presença de oxigênio 
O transporte de elétrons pela cadeia respiratória promove bombeamento de prótons da matriz para o espaço intermembranar, fazendo com que o pH volte a se normalizar. Esse acúmulo de prótons produz uma força-motriz que impulsiona a síntese de ATP pelo complexo ATP-sintase. Cada um dos complexos da cadeia respiratória atua como uma bomba de prótons. Em geral, prótons se acumulam do lado de fora da membrana interna da mitocôndria devido à sua impermeabilidade a íons, criando uma diferença de potencial. Essa diferença de potencial orienta a ATP-sintase que forma ATP a partir de ADP+P. Há um acoplamento (dois eventos que ocorrem simultaneamente) entre a cadeia de transporte de elétrons e a fosforilação oxidativa. A fosforilação e a oxidação estão necessariamente acopladas. A oxidação via cadeia respiratória não pode ocorrer sem a fosforilação do ATP paralelamente.
· NADH = 3 ATP 
· FADH2 = 2 ATP 
O ATP é o único intermediário de alta energia que é comum tanto à oxidação quanto à fosforilação 
Controle da cadeia respiratória 
Dá-se exclusivamente pela razão ATP-ADP sem regulação alostérica ou hormonal. O ATP regula diretamente o ciclo de Krebs, indiretamente afetando a cadeia. Se há muito ATP, o ATP inibe o ciclo de Krebs, assim como o NADH2. Inibindo o ciclo, a concentração de NADH2 e FADH2 diminui, diminuindo a velocidade da cadeia respiratória. Se há muito ADP ou AMP o ciclo de Krebs é estimulado, aumenta a quantidade de NADH e FADH2, aumentando a velocidade da cadeia 
Desacopladores 
Proteínas que se inserem na membrana interna da mitocôndria formando poros. A cadeia transportadora de elétrons funciona normalmente, mas impedem a fosforilação oxidativa. Os prótons, ao invés de passar pela fração F0, passam pelo poro formado pelo desacoplador. Pode ser fisiológica (mecanismo fisiológico de termogênese). Permite a passagem de H+, mas diminui a função das frações F0 e F1, diminuindo a síntese de ATP e aumento de AMP. Isso estimula positivamente o ciclo de Krebs, aumentando a produção de NADH2 e FADH2, aumentando o transporte de elétrons e de prótons. Isso leva a um grande consumo de O2 e produção de H2O. O saldo de ATP é baixo. A energia que está sendo gerada não está gerando ATP suficiente, mas toda essa energia cinética gera calor.
Em presença de desacopladores, o transporte de elétrons se processa normalmente e a síntese de ATP está diminuída.
A produção de calor em mamíferos se dá principalmente no tecido adiposo marrom, capaz de expressar a termogenina (proteína desacopladora) – recém-nascidos têm grande capacidade de manter sua temperatura pela termogenina (exceção: prematuros) 
Com estímulo externo (frio), o hipotálamo recebe a informação e ativa, pela liberação de TRH, a hipófise, que libera o hormônio TSH. A tireoide, sob ação de TSH, produz T3 e T4 que aumentam a produção da proteína UCP, que é um desacoplador Isso aumenta o consumo de glicose, lipídios e proteínas. A glicemia diminui mais rapidamente. O consumo de nutrientes está aumentado emagrecimento. Hormônios tireoideanos afetam a bomba de sódio e potássio, aumentando a contração do músculo cardíaco. A utilização desse mecanismo como medicamento para emagrecer pode provocar taquicardias, arritmias severas e aumento da pressão arterial como efeito colateral 
Hemoglobina
A hemoglobina é uma proteína com função de transporte sistêmico. É oligomérica (4 monômeros) e conjugada. Serve principalmente para transportar gases ao longo de todo o corpo humano.
As hemoglobinas podem ser dos seguintes tipo
HbA1 - 95 % do total
HbA2 - 2% do total
HbF - menos de 5 % do total (porém, no perído de gestação, chega a 60%)
Quando o ferro está em estado ferroso (carga +2), liga-se ao O2. Quando em estado férrico (carga +3), não liga-se ao O2. Isso é facilmente justificável, uma vez que o ferro está na molécula segundo a seguinte composição:
Portanto, quando estiver em estado férrico, é sinal de que está ligado nas duas pontas transversais à porfirina. Quando ferroso, ainda pode realizar uma ligação (no caso, com o oxigênio).
A mioglobina tem maior afinidade pelo ferro do que a hemoglobina. Isso auxilia na função de armazenamento, pois precisa segurar o O2 por um longo tempo na molécula. A hemoglobina, por sua vez, precisa soltar os gases com frequência. Isso acarreta numa menor afinidade pelo O2.
Além disso, vale ressaltar que a ligação do primeiro O2 é mais difícil, facilitando a entrada de outros. Assim, temos o seguinte gráfico de Saturação da mioglobina e da hemoglobina pelo O2:
A hemoglobina pode se encontrar no estado T ou no estado R. O oxigênio liga-se à hemoglobina em ambos os casos, apesar de haver diferença de estabilidade.
O estado T seria o estado mais estável da hemoglobina quando não ligada ao O2. No entando, quando ligada ao O2, o estado T não fica tão estável e, com o passar do tempo, vai alterando sua conformação para o estado R. Na desoxihemoglobina, a justificativa para o estado T ser estável são as ligações iônicas nele presentes. Esse estado está geralmente "vazio", sem O2.
O estado R é o estado mais estável quando a hemoglobina está ligadaao O2. Quando não ligada ao O2, a proteína comporta-se de maneira muito instável, uma vez que sua conformação é favorável à presença da ligação com o O2. Esse estádo está geralmente "fechado" e com O2.
- A afinidade da Hb pelo O2 diminui na presença de altos níveis de 2,3-bifosfoglicerato (BPG), um composto sintetizado a partir de 1,3-bifosfoglicerato, um intermediário da glicólise;
- O BPG liga-se preferencialmente à desoxi-Hb pois esta apresenta uma cavidade entre as subunidades β com espaço suficiente para recebê-lo, nesta cavidade há radicais com carga + que interagem com os grupos negativos do BPG;
- Na Oxi-Hb, a cavidade é menor, o que dificulta a ligação do BPG;
- Quando Hb está ligada ao BPG não permite que o O2 ligue, ocorre um predomínio na forma desoxigenada, ou seja, a Hb sem O2 fica disponível por maior tempo e assim ocorre um decréscimo na afinidade pelo O2 resultando em baixas pressões de O2
 P O2 baixa (tecidos) P O2 alta (pulmões)
 HbO2 à Hb + O2 HbBPG à Hb + BPG
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 HbO2 + BPG à HbBPG + O2 O2 + HbBPG à BPG + Hb O2
- O nível de BPG nas hemácias aumenta de acordo com hipóxia tissular, em anemias e em altas altitudes;
Desse modo, podemos tirar algumas conclusões:
- a hemoglobina é uma proteína alostérica;
- o estado T predomina na desoxihemoglobina enquanto o estado R predomina na oxihemoglobina;
- a curva de saturação da hemoglobina é sigmóide
Hipóxia
é uma condição em que os tecidos não são adequadamente oxigenados, geralmente devido a uma concentração insuficiente de oxigênio no sangue, mas também pode ser causada por uma obstrução da circulação em uma parte específica do corpo. 
• Hipóxia de Altitude: baixa na quantidade de oxigênio chegando nos alvéolos devido a pressão atmosférica Ex.:Causa náusea, tontura e fadiga
• Hipóxia anêmica: deficiência na capacidade das hemácias em transportar o oxigênio dos tecidos (Hemácias não funcionais) Ex.: Monóxido de carbono,nitritos, etc
• Hipóxia estagnante: baixa na quantidade de oxigênio causada por um déficit relacionado à circulação pobre Ex.: Deficiência cardíaca, espasmos nas artérias;
• Hipóxia histotóxica: baixa na qualidade de utilização de O2 do músculo Pode ser causada pelo uso contínuo de drogas e álcool
• Hipóxia de treinamento: não é patológica
Causada pelo uso excessivo de O2 pelo músculo
Gera fadiga muscular, cãibras e pode ser resolvida com treinamento