Cadeia Respiratória e Fosforilação Oxidativa

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 RELEMBRANDO 
- Enzima = É uma molécula geralmente proteica (tem a 
ribossoma constituida de RNA) que faz catalise 
(aceleram a transformação de um substrato em 
produto – acontece de uma forma dinâmica) 
 
- ATP = Principal molécula energética das nossas células. 
OBS: consumimos em média 40kg por dia de ATP (em 
repouso) e o nosso organimos produz 100g de ATP, 
como isso?? O organimos tem um estoque limitado de 
ATP mas uma capacidade de regenerar ATP a partir de 
ADP muito grande e isso ocorre de uma forma muito 
dinamica no nosso organismo. Consumimos ATP e forma 
ADP com isso, extrai energia de alimento e reconverter 
esse ADP em ATP. 
>> durante uma atividade fisica rigorosa = 0,5kg/min 
>> uma corrida de 2h = 60kg 
 
- NA AULA PASSADA : extrai energia de alimentos e 
que essa energia é extraida de mantida em equivalentes 
reduzidos no ciclo de krebs e que formam NADH e 
FADH2 e GTP que podem ser convertidos em ATP e na 
aula de hoje saberemos como os equivalentes reduzidos 
de NADH e FADH2 vão ser convertidos em ATP. 
 
 
 
 
- Potencial redox é a afinidade por eletrons, ou seja, é 
uma medida quantitativa de uma determinada especie 
quimica de aceitar eletrons numa reação quimica 
 
 
 
 COMPONENTES DA CADEIRA RESPIRATÓRIA 
 
- Os componentes da cadeia estão localizados na 
membrana mitocondrial interna, essa membrana 
separa a matriz mitocondrial do espaço 
intermembrana. 
- Os genes que codificam subunidades desses 
complexos estão no DNA Mitocondrial. Apenas o 
complexo II não possui subunidades codificadas pelo 
DNA Mitocondrial. 
 
Componentes Estáticos: complexos proteicos (I, II, III, 
IV, V ou ATPsintase) que não se movem com facilidade. 
Todos os complexos são proteínas integrais, exceto o 
II. 
Respirassomos: supercomplexos que combinam 2 ou 
mais complexos. Aumentam a eficiência da 
transferência de elétrons. A cardiolipina mantém a 
integridade dessas estruturas. 
 
Carreadores Móveis: ubiquinona e citocromo c, 
transferem elétrons entre um complexo e outro. 
 
 UBIQUINONA (coenzima Q) 
 
- Transportador lipossolúvel de elétrons, submersa na 
membrana mitocondrial interna. Ao receber elétrons 
forma o intermediário semiquinona e depois de 
completamente reduzida forma ubiquinol. 
 
- Atua como ponto para entrada de elétrons na cadeia. 
 
- Carreia os elétrons recebidos nos complexos I e II até 
o complexo III, que recebe esses elétrons. 
 
 
 CITOCROMO C 
- Não tem característica lipofílica, portanto está 
localizado na parte externa da membrana mitocondrial 
interna, por onde carreia os elétrons até o complexo 
IV. 
 
 
 
 
 
 COMPLEXO I (NADH-desidrogenase) 
 
- Reoxidação do NADH reduzido e transferência dos 
elétrons liberados para ubiquinina – isso nao ocorre de 
uma forma direta, diversas etapas cataliticas ocorrem 
até que os eletrons do NADH reduzido cheguem a 
ubiquinona - À medida que essa transferência de 
elétrons ocorre, prótons são bombeados da matriz 
para o espaço intermembrana. 
 
 COMPLEXO II (sucinato-desidrogenase) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
- Não é uma proteína integral, portanto não atravessa 
a membrana completamente e não bombeia prótons 
para o espaço intermembrana, como ocorre nos outros 
complexos. 
- Conexão física entre Ciclo de Krebs e Cadeia 
Respiratória. 
- Converte succinato em fumarato e faz a 
transferência de elétrons para coenzima FAD, que leva 
esses elétrons até a ubiquinona através de centros 
ferro-enxofre. 
 
 COMPLEXO III (ubiquinona citocromo C oxido 
redutase ou citocromos B C1) 
 
- Recebe os elétrons da ubiquinona e transfere para o 
citocromo c. Ao transferir os elétrons para o citocromo 
c bombeia prótons para o espaço intermembrana. 
 
 COMPLEXO IV (citocromo c-oxidase) 
 
 
 
 
 
 
 
- Realiza a oxidação do citocromo c. 
- À medida que o citocromo c recebe elétrons, esses 
elétrons são transferidos até o oxigênio, aceptor final 
da cadeia, que é convertido em H2O. 
- Também bombeia prótons (aproximadamente 2 
protons) para o espaço intermembrana. 
 
 
→ BOMBEAMENTO DE PRÓTONS 
- Quando o NADH é o doador e os elétrons entram na 
cadeia pelo complexo I, os complexos (I, III e IV) 
bombeiam, aproximadamente, 10 prótons para o 
espaço intermembrana para oxidar apenas uma 
molécula de NADH. 
- Se o doador de elétrons é o succinato, e a entrada 
desses elétrons na cadeia ocorre pelo complexo II, são 
bombeados 6 prótons para o espaço intermembrana, 
pelos complexos III e IV. 
- Os prótons tornam o pH do espaço intermembrana 
(positivo) mais ácido. Enquanto a matriz mitocondrial se 
encontra mais negativa e alcalina. O que resulta num 
gradiente químico e elétrico. 
 
 
OBS: A quantidade de prótons bombeados é 
importante no cálculo da eficiência energética da 
fosforilação. 
 
 
 
 
 COMPLEXO V (ATPSintase) 
- Não recebe elétrons. Promove a síntese do ATP. 
 
 
 
Fração FO: parte embebida na membrana interna 
(laranja) 
 
Canal por onde a ATPsintase permite que os prótons 
da membrana interna retornem para a matriz 
mitocondrial. 
 
 
Fração F1: sítio catalítico composto por 3 dímeros, 
localizado na matriz mitocondrial, lado negativo 
(cinza/roxo) 
 
À medida que os prótons retornam o sítio catalítico é 
ativado (rotação) e pode assumir diferentes 
conformações. 
Essa alteração estrutural é fundamental para a síntese 
de ATP. 
- Etapas da Síntese: 
 
 
- À medida que ocorre uma rotação do sítio catalítico, 
ADP + Pi presentes na subunidade beta, formam ATP. 
Isso ocorre porque a alteração estrutural em beta, faz 
com que a ligação ADP + Pi fique em condições ótimas. 
- Quando acontece outra rotação, a estrutura da 
subunidade beta é alterada novamente e permite a 
liberação de ATP. Esse processo ocorre repetidamente 
e de forma sequencial. A cada volta da enzima, um 
dímero diferente libera ATP. 
 
 
 TEORIA QUIMIOSMÓTICA 
- Para que haja produção de ATP a partir da 
ATPsintase, deve haver constante produção de NADH 
e succinato, e também a oxidação desses compostos, 
resultando na transferência de elétrons e 
bombeamento de prótons até o espaço intermembrana. 
- Todo esse processo visa formar um gradiente 
eletroquímico para a produção de ATP, pois a 
ATPsintase, precisa da disponibilidade de ATP + Pi e um 
alto potencial de membrana para fazer o retorno dos 
prótons até a matriz mitocondrial. 
- Portanto, a síntese de ATP é impulsionada pela força 
próton-motriz, pois o retorno dos prótons da 
intermembrana para a matriz realiza a rotação da 
ATPsintase. 
 
 
 DESACOPLADORES 
- Carreiam os prótons de volta para a matriz, 
provocando a diminuição do gradiente eletroquímico 
Dano à membrana: se a membrana interna não estiver 
integra, os prótons bombeados para ao espaço 
intermembrana podem retornar à matriz mitocondrial. 
Protonóforos: carreadores móveis de prótons, 
altamente lipofílicos. Recebem um próton na 
intermembrana e atravessam a membrana interna, 
liberando esse próton na matriz e retornando para o 
espaço intermembrana. 
Proteínas desacopladoras: canais de prótons que 
permitem o transporte de prótons até a matriz 
mitocondrial. 
 
- Exemplo: O tecido adiposo marrom é rico em 
mitocôndrias e possui termogenina, um desacoplador. A 
energia da oxidação de nutrientes não é utilizada para 
síntese de ATP, devido ao desacoplador, que estimula a 
transferência de elétrons mas atrapalha a produção de 
ATP. Dessa forma, a energia é convertida em liberação 
de calor. Esse mecanismo ocorre no corpo de animais 
hibernantes e bebês, para manter a homeostase 
térmica. 
 
 CONTROLE DA TRANSFERÊNCIA DE ELETRONS 
- O próprio gradiente eletroquímico realiza o controle 
do fluxo da transferência de elétrons entre os 
complexos da cadeia. 
- Principalmente no complexo III, pois ele reduz a 
transferência de elétrons em situações de potencial 
de membrana elevado. 
- Já que, quanto maior a presença de prótons no 
espaço intermembrana, mais difícil é para os complexos 
continuar bombeando. 
- Quando a ATPsintase retorna os prótons,transferência de elétrons pode continuar. 
 SITUAÇÕES ADVERSAS 
- O que acontece com a formação de ATP quando não 
há oxigênio disponível? 
>> Não existe fosforilação oxidativa, pois a extração de 
energia dos nutrientes alimentares é ineficiente, já que 
o oxigênio é o aceptor final de elétrons da cadeia 
respiratória. 
 
 - O que ocorre com a produção de ATP na presença 
de um desacoplador? 
>> A produção diminui, pois ao invés de retornar pela 
ATPsintase, os prótons retornam para matriz por 
outros caminhos que não promovem a produção de 
ATP. 
 
 - O que ocorre com a transferência de elétrons na 
presença de um desacoplador? 
>> Aumenta, pois os desacopladores reduzem a 
presença de prótons na intermembrana, dissipando o 
potencial de membrana e acabando com o controle da 
produção de elétrons no complexo III. 
OBS: todas essas situações consideram a 
disponibilidade de substrato (NADH e succinato.