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Ubiquinona -também chamada de Coenzima Q, ou só Q -está presente em quase todas as células -participa da produção de ATP -ela leva elétrons, perceba os carregadores de elétrons presentes nela (H+ é) -a molécula ubiquinona se transforma em semiquinona, que se transforma em ubiquinol -recebe os pares de elétrons do NADH do Complexo I e do FADH2 do Complexo II, sendo reduzida de Q a QH2 (ubiquinol). Posteriormente, a CoQH2 transfere os elétrons para o citocromo C -, processo catalisado pelo Complexo III, reoxidando QH2 em Q ___________________________________________ Citrocromos -os elétrons passam por citocromos, os quais existem em 3 classes diferentes na mitocôndria: A, B e C -citocromos são proteínas, geralmente ligadas a uma membrana que contém grupos heme e que efetuam o transporte de elétrons. OBS.: o grupo heme na hemoglobina é responsável pelo transporte de oxigênio entre as células. A estrutura heme tem a capacidade de transportar elétrons. ___________________________________________ Fosforilação Oxidativa -ocorre na membrana mitocondrial interna, sobretudo nas cristas mitocondriais -3 etapas -produção de ATP em que um oxigênio dá origem a água -a função básica da cadeia respiratória é a formação de ATP (energia usada pelas células) -esse processo de formação tem o nome de fosforilação oxidativa (fosforilação = adição de fosfato ao ATP) -essa liberação gradativa de energia é muito vantajosa para a célula, pois há melhor aproveitamento de energia e não há muita perda sob forma de calor. Se a energia fosse liberada de uma só vez, a célula não poderia aproveitá-la e o calor produzido poderia destruir a célula -reação de transferências de elétrons ocorre nas mitocôndrias ___________________________________________ 1) Componentes da cadeia de transferência de elétrons -os elétrons passam por uma série de carregadores ligados à membrana __________________________________________ cadeia respiratória Lara de Paula Lara de Paula Proteína ferro-enxofre -variam de estruturas simples, com um único átomo de Fe coordenado quatro grupos de Cys- SH, a centros Fe-S mais complexos, com dois ou quatro átomos de Fe -auxiliam na direção dos elétrons -as proteínas ferro-enxofre de Rieske Fe está associada com dois resíduos de His ao invés de Cys ___________________________________________ 2) A transferência de elétrons -está relacionada com a molécula doadora (NADH) até a aceptora (O2) -é um processo exergônico (em que ocorre associações entre esses produtos e, também, que a reação ocorre de forma natural, ou seja, a molécula tem elétrons e quer doar, e outra quer receber) -o processo exergônico ocorre através de reação redox (hemi-reação). Este fator revela- se muito favorável do ponto de vista energético Sequência da Produção de energia: Componentes químicos que podem ser incorporados para quebrar a cadeia: -na cadeia respiratória os elétrons vão perdendo energia até o último elemento da cadeia, que É O o2. Esse O2 recebe íons hidrogênio, formando água. Na respiração, então o aceptor final de hidrogênios é o O2. H2 NADH NADPH GMNH2 Q Citocromo b Citocromo C1 Citocromo C Citrocromo a Citocromo a3 ½ O2 ___________________________________________ ___________________________________________ -Rotenona: derivada de raízes, sementes, folhas de várias plantas e é considerada um pesticida botânico. É um pesticida não específico usado para o controle de insetos tanto em plantas quanto em animais domésticos Mecanismo: o NADH que está levando os prótons ou H+ é interceptado pela rotenona, impedindo a reção, logo, a transferência de elétrons entre os outros citocromos e a ubiquinona é parada e oxidada. Nisso, existe a perda de oxigênio -Antimicina A: em que no citocromo b para o citocromo C1 a reação não consegue continuar -Cianeto: utilizado em revelação de fotografias e na produção de plásticos, acrilato e colas o elétron, ao entrar nesses complexos (I, II, III e IV), é direcionado pelas proteínas carregadoras (ubiquinona, citocromos, proteína ferro-enxofre), as quais auxiliarão nessa passagem de elétrons Lara de Paula Lara de Paula Outros componentes: Os carreadores de elétrons atuam em instantâneas. Funciona como veneno porque inibe o complexo IX, tornando-o incapaz de transportar elétrons. O envenenamento pode afetar a cadeia transportadora de elétrons e o gradiente de prótons na membrana mitocondrial interna pela paralisação da cadeia, e a diminuição do gradiente, impedindo a sequência de elétrons. _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ complexos multienzimáticos: ____________________________________________ 3) Complexo I (NADH à ubiquinona) -também chamado de ubiquinona-oxirredutase I NADH-desidrogenase II Succinato-desidrogenase IV Citocromo-oxidase b III Ubiquinona: citocromo e oxirredutase b, citocromo c ou NADH-desidrogenase é uma enzima grande, composta por 42 cadeias diferentes de polipeptídios, -tem um formato de “L”, com um braço do “L” na membrana e outro se estendendo para matriz -perceba que na superfície da membrana é o local de saída dos H+ -inicia-se com o NADH doando 2 elétrons para o complexo I, -FMN recebe o íon hidreto (H-) do NADH -2 é passam por uma série de centros Fe-S, percorrendo o braço “L” da matriz, para o centro Fe-S N-2 -a transferência de é de N-2 para Q (ubiquinona) forma QH2 (ubiquinol), que se difunde na bicamada lipídica Lara de Paula Lara de Paula -nesse processo de passagem da ubiquinona se transformando em ubiquinol ocorre a transferência de é promovendo a expulsão de 4 é do ambiente que está na matriz (lado n) -a saída de prontos produz uma ddp, no qual, o lado n fica negativo e lado p fica positivo Resumindo: no complexo I, 4H+ vão para o espaço ___________________________________________ 4) Complexo II (succinato à ubiquinona) -Características: menor e mais simples que o complexo I; contém 5 grupos prostéticos (A,B,C,D) de 2 tipos (FAD e Fe-S) -segunda porta de entrada de é na cadeia respiratória -o complexo II não bombeia prótons para o espaço intramembranar -o FAD relacionado ao sítio de ligação dos elétrons, que vão se direcionando OBS.: o NADH vai ao complexo I que tem a FMN dá o seu par de é gerando para seu exterior 4H+. O FADH2 vai doar no complexo II, pois tem um ddp menor que o complexo I. O FADH2 entrega seu par de é no complexo II. O par de é que o FAD carrega menos energia que o par de elétrons que o NADH. Inicia-se um degrau baixo. Ele pula o complexo I e é atraído pelo O2 para seguir em frente. Resumindo: o NAD vai chegar junto com o complexo I e o FAD junto com o complexo II, um tem mais energia e o outro tem menos, o que ajuda direcionar essa molécula no complexo I ou II -No complexo II existe a subunidade A: sítio de ligação do succinato; a subunidade B: 3 centros de Fe-S e ubiquinona; e a subunidade C e D: heme b e 2 moléculas de fosfatiletanolamina OBS.: perceba que o heme b não está na via principal de é, porém ajuda na redução da frequência com que o é vazam para fora do sistema. Uma enfermidade como paraganglioma hereditária é caracterizada por tumores benignos da cabeça e pescoço. Essa mutação resulta em maior produção das espécies reativas de oxigênio – radicais livres (ERO) e talvez maior dano ao tecido durante a oxidação do succinato ___________________________________________ 5) Complexo III (ubiquinona para citocromo c) -também chamado de complexo bc1 ou ubiquinona: citocromo c-oxidorredutase -possui cit. b, cit. c1 e complexo Reiske 2Fe-2S -contémum dímero de 2 monômeros idênticos (citocromo b), cada um com 11 subunidades diferentes -elétrons são transferidos do complexo III para Lara de Paula o complexo IV por cit. c -esse complexo é divido em 2 estágios -uma molécula será oxidada e outra reduzida -embora a via de é seja complexa a resultante é simples: QH2 é oxidado a Q, 2 moléculas de citocromo c são reduzidas, e prótons são movidos do lado P para o N. Total de 4H+ OBS.: Q=ubiquinona; QH=semiquinona; QH2=ubiquinol Resumindo: no complexo III terá 4H+ Lara de Paula Lara de Paula Estágio I: 1 é do QH2 é passado para o Cytc e outro é (via Cytb) para Q formando Semiquinona. 2H+ transportado para o espaço intermembrana Estágio II: 1 é do QH2 é passado para o Cytc e outro é (cia Cytb) para Q formando Semiquinona. 2H+ transportado para o espaço intermembrana são retirados da matriz ________________________________________________________________________________________ 6) Complexo IV (citocromo c para O2) -também chamado de citocromo-oxidase -citocromo c visto anteriormente terá o papel de levar o O2 -composto de 13 subunidades, com a subunidade I, II e III sendo cruciais -carrega é do Cytc para O2 molecular, reduzindo-o a H2O, ou seja, usa O2 como aceptor final de é na produção de H20 -para a formação de H2O o 4H+ do substrato entra na subunidade III, passando pela I, fazendo entrar oxigênio nessa via OBS.: observe que a redução de O2 a 2H20 requer 4 é, ou 2 pares de é ________________________________________________________________________________________ 7) Resumo do fluxo de elétrons pelos 4 complexos da cadeia respiratória -no complexo I eram 4H+ -no complexo II não tinha H+ -no complexo III eram 4H+ -no complexo IV eram 2H+ OBS.: lembre que 4H+ formam 1 ATP -contabilizando 10H+ são 2ATP mais 0,5ATP, sendo um total de 2,5 ATPs, ou seja, cada NADH2 serão produzidas 2,5 ATPs -cada FADH2 serão produzidas 1,5ATPs, já que foram um total de 1ATP + 0,5ATP Lara de Paula Lara de Paula Resumo do número de ATPs produzidos desde a Glicólise até a cadeia respiratória Reações Formadas: NADH + 11H+N + ½ O2 >>> NAD+ + 10H+ P + 1H20 FADH2 + 6H+ N + ½ O2 >>> FAD+ + 6H+ P + 1H20 ________________________________________________________________________________________ OBS.: o NADH não consegue passar pela membrana interna da mitocôndria, assim ele transfere seus é para quem entra na mitocôndria, por exemplo o Malato. Então o NADH citosólico são transferidos para o oxaloacetato citosólico para produzir malato. O malato formado passa pela membrana interna malato-α-cetoglutarato, função das lançadeiras malato-aspartato. -Dentro da matriz os equivalentes redutores são passados ao NADH+ pela ação da malato- desidrogenase da matriz, formando NADH. Esse NADH pode passar é diretamente a cadeia respiratória. Cerca de 2,5 moléculas de ATP são geradas à medida que esse par de é passa para O2 Lara de Paula Lara de Paula Modelo Quiosmótico lançadeira malato-desidrogenase -a Lançadeira do glicerol-3-fosfato se difere da lançadeira malato-aspartato por entregar os equivalentes redutores do NADH para ubiquinona e, então, para o complexo III, não o complexo I, proporcionando energia suficiente para sintetizar 1,5 moléculas de ATP por par de elétron. Em outras palavras, essa lançadeira pega o NADH+ + H+, coloca ele em rota com o glicerol-3-fosfato e passa para FAHD2, jogando o QH2 para o complexo III. lançadeira glicerol-3-fosfato ________________________________________________________________________________________ 8) Síntese de ATP -Peter Mitchell (1920-1992), estudou como os ATPs voltam para a matriz Lara de Paula Lara de Paula A ATP-sintase tem dois domínios funcionais F0 e F1 Visão geral do complexo: -o H+ é bombeado para o espaço intermembranar, vão se acumular cargas positivas no espaço intermembranar, quando comparado com a matriz que se torna mais negativa. -a utilidade desse processo e para quê a célula precisa de um gradiente de H+ é explicado pelo modelo quimiosmótico -os H+ que estão no processo, só poderão sair quando passarem pela relação ATP-sintase, e nesse processo o ADP + P¹ favorece que parte de F1 gire, e nesse giro, surge o ATP. -fluxo protomotriz ________________________________________________________________________________________ -Efraim Racker (1913-1991) -responsável por identificar e purificar o fator 1 (F1) -primeira parte da enzima a ser caracterizada -F1 é apenas uma parte de um complexo maior de ATP sintase. É uma proteína de membrana periférica ligada ao componente F0, que é parte integrante da membrana -também chamado de complexo V -F0: parte integrante da membrana -F1: proteína periférica da membrana -esse grande complexo enzimático da membrana mitocondrial interna catalisa a formação de ATP e Pi, impulsionando o fluxo de prótons do P para o lado N -tudo que foi produzido no complexo I, II, III e IV será jogado no complexo V ________________________________________________________________________________________ -cada F1 tem 9 subunidades de 5 diferentes composições: α, β, γ -a porção F1 em forma de “maçaneta” consiste em subunidade α e β -Prêmios Nobel: Paul Boyer e John Walker -Catálise rotacional: é a chave para o mecanismo de alteração na ligação durante a síntese de ATP -Cada subunidade beta da ATP-sintase pode assumir 3 diferentes conformações: Lara de Paula Lara de Paula β-ADP: ligação muito frouxa β-ATP: liga firmemente ao ATP β-vazio: tem baixa afinidade por ATP e o ATP recém sintetizado dexia a superfície da enzima O diabetes pode resultar de defeitos nas mitocôndrias de células β-pancreáticas 1. 2. 3. -A hipóxia leva a produção de espécies reativas de oxigênio (ERO) e as várias respostas adaptativas. -Inibidor IF1 se liga simultaneamente a 2 moléculas de ATP-sintase. Favorável em pH menor que 6,5. A sua ligação favorece que o sistema entre em colapso, porém as células tem linhas de defesa contra ERO -Células tem duas linhas de defesa contra ERO: 1) regulação do piruvato-desidrogenase (PDH), a enzima que fornece acetil-CoA ao ciclo de Krebs, sob condições de hipóxia, a PDH-cinase fosforila a PDH mitocondrial reduzindo o fornecimento de FADH2 e NADH do ciclo do ácido cítrico para a cadeia respiratória. 2) substituição de uma subunidade do complexo IV (COX4-1) por outra subunidade (COX4-2), com COX4-1 as propriedades catalíticas do complexo IV são ótimas para a respiração, porém com COX4-2, o complexo IV é otimizado para operar sob condições de hipóxia. ________________________________________________________________________________________ -O mecanismo que regula a liberação de insulina na célula β-pancreática está ligado à concentração de ATP na célula. -a concentração de ATP ótima na célula sadia faz o fechamento do canal de K+ dependente de ATP e, pela ddp, a despolarização resultante abre o canal de Ca²+, que vão liberar grânulos de insulina e secretar insulina no sangue. Isso favorece que o organismo faça a quebra da glicose na relação das células β-pancreáticas sadias. Porém, quando a célula β-pancreática não é sadia, o processo de produção de ATP, quando ocorre a fosforilação oxidativa dessa célula β-pancreática defeituosa tem o ATP insuficiente para desencadear todo o processo, fazendo com que a insulina não seja liberada. Lara de Paula Lara de Paula Resumindo os 4 complexos ________________________________________________________________________________________ -Os complexos I e II catalisam a transferência de é para a ubiquinona a partir de 2 doadores de é diferentes: NADH (complexo I) e succinato (complexo II). O complexo III carrega é a ubiquinona reduzida para o citocromo c, e o complexoIV completa a sequência, transferindo é do citocromo C para o O2. 1° NADH, no complexo I, liberando 4H+ 2° FADH2 não coloca é no espaço intermembrana. Todos os é produzidos pelo complexo I e II vão para a ubiquinona 3° a ubiquinona apresenta os é para o complexo III, fazendo uma relação com o complexo b, c1, c, que se transforma para o complexo 4 4° o citocromo a e c3, terá liberação de 4H+ + 2H+, fazendo com que o ambiente se torne super- positivo em relação à matriz. 5° os é passam para o complexo V, na questão da ATP-sintase, no qual existe, também, o ADP e a liberação dos H+ que estariam no meio intramembrano pra matriz, voltando a carga elétrica e esse potencial elétrico dá força protomotriz para todo o sistema ________________________________________________________________________________________ Lara de Paula Lara de Paula REFERÊNCIAS: www.youtube/professor walmirtonbezerra
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