Cadeia respiratória

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Cadeia respiratória mitocondrial
OBJETIVOS 
♥ Demonstrar como o transporte de elétrons na 
membrana mitocondrial gera força próton
para a síntese de ATP. 
GRADIENTES DE PRÓTONS 
♥ Importância da utilização de ATP para as reações 
biológicas. 
INTRODUÇÃO 
♥ A cadeia respiratória e o CK estão ligados. Os 8 
elétrons gerados no ciclo de Krebs vai passar para 
a cadeia respiratória, para serem traduzidos em 
ATP. 
 
♥ As mitocôndrias são limitadas por sistema de 
dupla membrana 
 
O magnésio vai estabilizar o ATP. Ele funciona como 
um cofator da ATP sintase (enzima que 
ATP) 
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Cadeia respiratória mitocondrial
Demonstrar como o transporte de elétrons na 
membrana mitocondrial gera força próton-motriz 
Importância da utilização de ATP para as reações 
espiratória e o CK estão ligados. Os 8 
elétrons gerados no ciclo de Krebs vai passar para 
a cadeia respiratória, para serem traduzidos em 
As mitocôndrias são limitadas por sistema de 
♥ A membrana externa
transporte. Essas proteínas são permeáveis a íons,
pequenas moléculas e proteínas pequenas.
 
♥ Grandes proteínas precisam de sistemas como as 
translocases da MME e MMI.
 
♥ MMI: impermeável à maioria dos íons, inclusive o 
ATP. Também é especializada na fosforilação 
oxidativa. Participa das reações de oxirredução 
(papel de transporte de prótons e elétrons)
 
♥ Piruvato desidrogenase 
 
♥ Vem NADH da glicose e do ácido pirúvico. 
 
 
O magnésio vai estabilizar o ATP. Ele funciona como 
 abre e fecha o 
CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS
♥ Ocorre na membrana interna da mitocôndria
 
♥ Quatro complexos enzimáticos
→ 1: NADH-Coq redutase (FMN
→ 2: Succinato-Coq redutase (FAD/ Centro
Fe-S/ citocromo B)
→ 3: Coq- citocromo c redutase 
e c 1 / centros Fe
COMBUSTÍVEIS: tudo qu
gerar energia. São transportados 
para dentro da matriz mitocondrial 
(tca-
elétrons que serão guardados por 
nad e fad e serão carregados para 
a cadeia transportadora, pra que 
ela mande o próton para dentro 
do espaço inte
objetivo de criar um gradiente de 
concentração eletroquímico. 
Quando passa ATP, o próton entra 
novamente. O elétron gera uma 
força para que haja ao transporte 
de próton contra o gradiente
1 
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Bioquímica II 
Cadeia respiratória mitocondrial
A membrana externa possui proteínas de 
proteínas são permeáveis a íons, 
pequenas moléculas e proteínas pequenas. 
Grandes proteínas precisam de sistemas como as 
translocases da MME e MMI. 
MMI: impermeável à maioria dos íons, inclusive o 
ATP. Também é especializada na fosforilação 
Participa das reações de oxirredução 
(papel de transporte de prótons e elétrons) 
Piruvato desidrogenase 
Vem NADH da glicose e do ácido pirúvico. 
CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS 
Ocorre na membrana interna da mitocôndria 
Quatro complexos enzimáticos 
Coq redutase (FMN/ centros Fe-S) 
Coq redutase (FAD/ Centros 
S/ citocromo B) 
citocromo c redutase (citocromos b 
1 / centros Fe-S) 
COMBUSTÍVEIS: tudo que se pode 
gerar energia. São transportados 
para dentro da matriz mitocondrial 
 ciclo de Krebs). Isso gera 
elétrons que serão guardados por 
nad e fad e serão carregados para 
a cadeia transportadora, pra que 
ela mande o próton para dentro 
do espaço intermembrana, com o 
objetivo de criar um gradiente de 
concentração eletroquímico. 
Quando passa ATP, o próton entra 
novamente. O elétron gera uma 
força para que haja ao transporte 
de próton contra o gradiente 
 
→ 4: Cicromo c oxidase (citocromos a e a3/ 
íons de cobre) 
 
♥ Há um complexo 5 que é a ATP sintase.
 
♥ 2 transportadores de elétrons 
♥ A energia é livre da oxidação do NADH é utilizada 
pela cadeia de transporte de elétrons para bombear 
prótons para o espaço intermembranoso.
 
♥ Na cadeia transportadora de elétrons (CTE) ou 
cadeia respiratória mitocondrial, os elét
conduzidos por um sistema de transporte até o 
oxigênio. A energia livre desta movimentação faz 
os prótons se moverem para o espaço 
intermembranas nos complexos I, II, IV.
 
♥ Complexo I, III e IV são proteínas integrais.
 
♥ O complexo 2 não é uma proteína integral.
 
♥ O NAD entrega elétrons ao complexo 1, que vai 
fazer reações de oxirredução, gerando energia 
para bombear prótons para o espaço de membrana. 
Esse elétron vai chegar para a coenzima q, a qual 
vai transportar o elétron para o complexo 3 e 
posteriormente, o citocromo c leva
complexo 4. O complexo 4 vai ser o aceptor final e 
vai formar H2O ao receber oxigênio. 
 
♥ O α-ceto glutarato entra e vira succinil CoA
reação gera NAD. O NAD reduzido 
complexo 1 e lá ele entrega o elétron. Esse elétron 
passou por reações de cascata de oxirredução, 
isso gerou uma reação contra o gradiente 
empurrando próton para o espaço intermembranas. 
Ao mesmo tempo esse eletron, veio para o 
complexo Q (transporte blindado), e levou ele para 
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Cicromo c oxidase (citocromos a e a3/ 
Há um complexo 5 que é a ATP sintase. 
→ Coenzima q
proteico) 
• Conecta complexos I e II ao III.
→ Citocromo C 
• Conecta complexo III ao IV.
 
A energia é livre da oxidação do NADH é utilizada 
pela cadeia de transporte de elétrons para bombear 
prótons para o espaço intermembranoso. 
Na cadeia transportadora de elétrons (CTE) ou 
cadeia respiratória mitocondrial, os elétrons são 
conduzidos por um sistema de transporte até o 
oxigênio. A energia livre desta movimentação faz 
os prótons se moverem para o espaço 
intermembranas nos complexos I, II, IV. 
Complexo I, III e IV são proteínas integrais. 
eína integral. 
O NAD entrega elétrons ao complexo 1, que vai 
fazer reações de oxirredução, gerando energia 
para bombear prótons para o espaço de membrana. 
Esse elétron vai chegar para a coenzima q, a qual 
vai transportar o elétron para o complexo 3 e 
eriormente, o citocromo c leva-o para o 
complexo 4. O complexo 4 vai ser o aceptor final e 
 
ceto glutarato entra e vira succinil CoA, e essa 
reação gera NAD. O NAD reduzido vai para o 
complexo 1 e lá ele entrega o elétron. Esse elétron 
passou por reações de cascata de oxirredução, 
isso gerou uma reação contra o gradiente 
empurrando próton para o espaço intermembranas. 
Ao mesmo tempo esse eletron, veio para o 
porte blindado), e levou ele para 
o complexo 3, que também gera força para 
empurrar o próton. Esse elétron vai ser entregue 
pra citocromo C que entrega para o citocromo 
oxidase, que também gera mais uma vez reações 
de oxirredução, que empurra próton também
mesmo tempo o citocromo c recebe o elétron e 
entrega para o aceptor final, que é o oxigênio. Esse 
monte de proton que está no espaço 
intermembrana gera força proton motriz, isso 
quando eles voltam a favor do gradiente pela 
proteína ATP sintase, ela ro
da passagem desses protons era energia quimica, 
suficiente para colocar um fosfato ao ADP, 
formando ATP. Isocitrato: 
gera NADH. Tudo que gera NAD 
1 para o 3. 
 
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Bioquímica II 
Coenzima q (Coq)- ubiquinona (não 
Conecta complexos I e II ao III. 
 
ta complexo III ao IV. 
o complexo 3, que também gera força para 
empurrar o próton. Esse elétron vai ser entregue 
pra citocromo C que entrega para o citocromo 
oxidase, que também gera mais uma vez reações 
de oxirredução, que empurra próton também. Ao 
mesmo tempo o citocromo c recebe o elétron e 
entrega para o aceptor final, que é o oxigênio. Esse 
monte de proton que está no espaço 
intermembrana gera força proton motriz, isso 
quando eles voltam a favor do gradiente pela 
proteína ATP sintase, ela roda, e a energia cinetica 
da passagem desses protons era energia quimica, 
suficiente para colocar um fosfato ao ADP, 
Isocitrato: o isocitrato vira α-ceto, 
gera NADH. Tudo que gera NAD pula do complexo 
 
 
Complexo I (NADH- CoQ redutase) 
♥ Formado por 26 cadeias polipeptídicas
♥ Grupos prostéticos 
→ Flavina mononucleotídeo (FMN)
• Capaz de receber 2 prótons e 2 
elétrons 
• Passaelétron ao complexo ferro
enxofre 
Complexo II (Succinato- CoQ redutase) 
♥ É periférico 
♥ O complexo 2 é uma reação que é do ciclo de krebs
com isso não ocorre uma passagem de prótons tão 
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Formado por 26 cadeias polipeptídicas 
Flavina mononucleotídeo (FMN) 
z de receber 2 prótons e 2 
Passa elétron ao complexo ferro- 
• Reduzido a forma FMNH2 por 
NADH 
→ 6 ou 7 centros Ferro
• Capazes de transport
(Fe3+ para Fe 
• Protege contra os radicais livres.
 
é do ciclo de krebs, 
com isso não ocorre uma passagem de prótons tão 
vigorosa como no complexo 1. Por isso, que o FAD 
gera apenas 1,5 ATP. 
♥ Succinato desidrogenase
→ Enzima da membrana interna mitocondrial
→ Ciclo do ácido cítrico
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Bioquímica II 
Reduzido a forma FMNH2 por 
 
6 ou 7 centros Ferro- Enxofre 
Capazes de transportar elétrons 
para Fe 2+) 
Protege contra os radicais livres. 
vigorosa como no complexo 1. Por isso, que o FAD 
Succinato desidrogenase 
Enzima da membrana interna mitocondrial 
Ciclo do ácido cítrico 
 
→ Succinato é oxidado à fumarato
→ Redução de FAD (grupo prostético) à 
FADH2. 
• Transporte de 2 prótons e 2 eletróns.
→ Centros Fe-S e citocromo b560
• Transporte de elétrons
• Prótons voltam a matriz
Coenzima Q Ou Ubiquinona 
♥ Quinona 
→ Cadeia lateral 
• Unidades isoprênicas 
→ Molécula hidrofóbica 
• Mobilidade na membrana
 
♥ 2 prótons e 2 elétrons 
 
♥ Forma reduzida 
→ Ubiquinol- Qh2 
 
♥ Forma semireduzida 
→ Semiquinona- QH+ 
 
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oxidado à fumarato 
Redução de FAD (grupo prostético) à 
Transporte de 2 prótons e 2 eletróns. 
S e citocromo b560 
trons 
Prótons voltam a matriz 
• Não há contribuição para a 
formação de gradiente de prótons
• Complexo II não atin
da membrana interna.
• Delta E e delta G succinato
pequeno
• O fad tem mais estabilidade. E é 
feito dentro do próprio compl
 
 
Mobilidade na membrana 
 
 
 
♥ A ubiquinona é assim chamada por
todos os seres vivos. 
 
Citocromo 
♥ Transportadores de elétrons
→ Grupo heme (ferro)
→ Membrana interna mitocôndria
→ Membrana retículo endoplasmático
 
♥ Classificação 
→ Espectro de absorção
• A, b e c
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Bioquímica II 
Não há contribuição para a 
formação de gradiente de prótons 
lexo II não atinge parte externa 
da membrana interna. 
Delta E e delta G succinato- Coq seja 
pequeno 
O fad tem mais estabilidade. E é 
feito dentro do próprio complexo. 
 
A ubiquinona é assim chamada por ser ubíqua em 
 
Transportadores de elétrons 
Grupo heme (ferro)- Fe+2 – Fe+2 
Membrana interna mitocôndria 
Membrana retículo endoplasmático 
Espectro de absorção 
A, b e c 
 
• B e c- heme igual ao da 
hemoglobina (grupos vinila e 
metila) 
• A- grupo isoprênico e formila
 
→ Forma de ligação do heme á proteína
• A e b- ligação não covalente
• C- covalente (cisteínas)
 
→ Forma de ligação do ferro à proteína
• A e b- 2 resíduos de histidina
• C- resíduos de histidina e cisteína
 
 
 
Complexo III- Coq- citocromo c redutase
♥ Componentes do ciclo Q 
→ Citocromo B562 e b566 
→ Centro Fe-S 
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heme igual ao da 
os vinila e 
grupo isoprênico e formila 
Forma de ligação do heme á proteína 
ligação não covalente 
covalente (cisteínas) 
Forma de ligação do ferro à proteína 
2 resíduos de histidina 
resíduos de histidina e cisteína 
 
 
 
citocromo c redutase 
→ Citocromo c1 
 
♥ Coq: 
→ Traz elétrons dos complexos I e II ao III
♥ Citocromo c 
→ Proteína periférica que transporta elétrons 
do complexo III para o IV.
 
Complexo IV- Citocromo c oxidase
♥ Componentes 
→ Citocromo c 
→ 3 íons cobre divididos em dois grupos
• C u A/ Cu A
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Bioquímica II 
 
Traz elétrons dos complexos I e II ao III 
Proteína periférica que transporta elétrons 
do complexo III para o IV. 
 
 
 
 
 
 
Citocromo c oxidase 
3 íons cobre divididos em dois grupos 
C u A/ Cu A 
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Bioquímica II 
• Cu g (forma oxidada- cu +2 cúprica/ 
forma reduzida- cu + cuprosa) 
→ Heme a e a3 
 
♥ Sítio catalítico da enzima 
→ CuB e citocromo a3 (Fe+3 – Fe+2) 
 
 
FORMAS REATIVAS DE OXIGÊNIO 
♥ Radicais livres 
→ Íons de oxigênio não reduzidos 
completamente 
→ Superóxido- O2 
→ Peróxido- O22+ 
→ Peróxido de hidrogênio- H2O2 
 
♥ O pior é a hidroxila e o corpo não possui 
estratégia de defesa para ela. 
 
♥ Estratégia de defesa. As estratégias que existem 
são a enzima superóxido sintase, que pega o 
radical superóxido e transforma ele em oxigênio; a 
outra é a enzima catalase, que tem ferro, e 
 
degrada o peroxido de hidrogênio. Mesmo com as 
estratégias o mecanismo pode falhar, e o radical 
livre vencer. 
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
♥ Fosforilação do ADP em ATP utilizando a energia 
liberada pelas reações de óxido-redução da cadeia 
transportadora de elétrons. 
 
♥ Energia direcionada para criar um contragradiente 
de prótons: 
→ Excesso de H+ fora da matriz mitocondrial
→ Matriz com carga negativa 
→ Porção intermembranosa carga positiva
ISSO GERA 
→ Membrana interna impermeá
(hidrogênio volta formando 
→ ATP sintase 
 
 
 
 
 
 
ATP SINTASE 
♥ Componentes: 
→ Porção esférica: fator de acoplamento (F
→ Porção membranal: F0 
 
♥ Síntese do ATP ocorre com o retorno dos prótons à 
matriz mitocondrial. 
 
FORÇA PRÓTON- MOTRIZ
sintase devido a passsagem de prótons, 
o que gera energia cinética, que vai ser 
transformado em energia química 
suficiente para gerar ATP.
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Mesmo com as 
estratégias o mecanismo pode falhar, e o radical 
 
 
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA 
utilizando a energia 
redução da cadeia 
Energia direcionada para criar um contragradiente 
Excesso de H+ fora da matriz mitocondrial 
 
Porção intermembranosa carga positiva 
Membrana interna impermeável a H+ 
 ATP) 
Porção esférica: fator de acoplamento (F1) 
Síntese do ATP ocorre com o retorno dos prótons à 
♥ A cada 3 prótons que retornam um ATP é formado.
 
♥ Mudança na conform
entrada dos prótons 
 
♥ Também chamada de complexo V, consiste de 2 
complexos principais, a unidade F0 e a F1.
→ F0: motor propulsor de prótons na direção 
de F1 
→ F1 consiste de 3 dímeros alfa e beta.
 
 
♥ Mecanismo de mudança de ligação da AT
 
♥ Potencializado por prótons, o giro da subunidade 
gama induz alterações conformacionais 
simultâneas nos três dímeros
giro de 120 graus catalisa a formação de um novo 
ATP. 
 
♥ O complexo atua independente da CTE.
 
MOTRIZ: está na ATP 
passsagem de prótons, 
o que gera energia cinética, que vai ser 
transformado em energia química 
suficiente para gerar ATP. 
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Bioquímica II 
A cada 3 prótons que retornam um ATP é formado. 
Mudança na conformação da enzima com a 
 
Também chamada de complexo V, consiste de 2 
complexos principais, a unidade F0 e a F1. 
F0: motor propulsor de prótons na direção 
F1 consiste de 3 dímeros alfa e beta. 
 
Mecanismo de mudança de ligação da ATP sintase 
Potencializado por prótons, o giro da subunidade 
z alterações conformacionais 
simultâneas nos três dímeros: alfa e beta. Cada 
giro de 120 graus catalisa a formação de um novo 
O complexo atua independente da CTE. 
 
DESACOPLADORES 
♥ Substâncias que impedem a síntese de ATP sem a 
interrupção da oxidação das coenzimas.
 
♥ Desacopla a cadeia transportadora 
formação de ATP, e essa energia das oxidações é 
dissipada como calor 
 
♥ Substâncias lipofílicas: 
→ 2,4 Dinitrofenol (DNP) 
• Não produz ATP 
Desacoplador endógeno 
♥ Função de produção de calor 
 
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ubstâncias que impedem a síntese de ATP sem a 
interrupção da oxidação das coenzimas. 
 de elétrons na 
ergia das oxidações é 
• Ácido fraco
• Associa
para a matriz
• Bloqueia a forma
de prótons.
 
 
♥ Tecido adiposo marrom→ Certas regiões de recém
→ Animais semi-
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Bioquímica II 
Ácido fraco 
Associa-se a prótons e os carreia 
para a matriz 
Bloqueia a formação do gradiente 
de prótons. 
 
 
Tecido adiposo marrom 
Certas regiões de recém-nascidos 
-hibernantes 
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♥ Termogenina 
→ Proteína que transporta H+ para a matriz 
→ Parte da energia é dissipada como calor 
 
 
 
 
 
CONTROLE RESPIRATÓRIO 
♥ A velocidade do transporte de elétrons e síntese de 
ATP são dependentes da [ ] de ADP. 
→ Transporte de elétrons está acoplado à 
síntese de ATP. 
→ ADP tem concentrações limitantes 
→ Quanto mais ADP for formado, maior a 
velocidade das reações de catálise e maior 
produção de ATP. 
 
♥ Normalmente a oxidação e a fosforilação estão 
acopladas. 
 
♥ O oxigênio somente é consumido quando há 
síntese de ATP. 
 
♥ O ATP é captado pela mitocôndria e estimula a ATP 
sintase. 
 
♥ A respiração aumenta diretamente proporcional à 
necessidade de restabelecer o gradiente de prótons. 
 
♥ O mecanismo básico para o controle respiratório 
trata-se do acoplamento ADP + Pi na ATP sintase. 
 
♥ A fosforilação oxidativa está firmemente acoplada 
à glicólise, ciclo de Krebs e a oxidação de ácidos 
graxos. 
 
♥ O complexo IV pode ser regulado hormonalmente 
por modificação covalente, e é dependente da 
relação ATP/ ADP. 
 
PROTEÍMAS TRANSPORTADORAS DA MEMBRANA 
♥ Membrana externa permeável 
♥ Membrana interna impermeável 
♥ Sistemas de transporte 
→ Adenina nucleotídeo translocase (ATP/ 
ADP translocase) 
• Transfere ATP da matriz por ADP 
do citosol 
• Quanto maior [ADP], maior a 
translocação 
• Inibidores da ATP/ADP translocase 
 
 
 
 
 
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