Cadeia respiratória

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LAIS NASCIMENTO FEITOSA 
 MEDICINA 
 
CADEIA RESPIRATÓRIA 
A cadeia respiratória também chamada de cadeia transportadora de elétrons ou fosforilação 
oxidativa ocorre na membrana interna da mitocôndria, nas chamadas cristas mitocondriais. Na 
membrana interna se encontram grânulos ou complexos mitocondriais, que são proteínas 
responsáveis pela oxidação do NADH e do FADH2. 
Complexo 1- atividade de NADH desidrogenase e ubiquinona redutase. 
Complexo 3- atividade de ubiquinol desidrogenase e citocromo C redutase. 
Complexo 4- atividade citocromo C oxidase e oxigênio redutase. 
GERAÇÃO DE ATP A PARTIR DO NADH 
 Na geração de ATP a partir do NADH, encontra-se o complexo 1, a ubiquinona, o complexo 3, o 
citocromo C, o complexo 4, o carreador fosfato e a enzima ATP sintase. 
 
 
 
 
 
 
✓ Todos os NADH dirigem-se a cadeia respiratória pois a função deles é justamente essa, 
transportar um par de elétrons para a cadeia. 
 
✓ Ao chegar na cadeia, o NADH libera o par de elétrons e volta a ser NAD+, o par de elétrons 
é recebido pelo complexo 1. 
 
✓ Esses elétrons são ricos em energia, então, o complexo 1 usa a energia deles para bombear 
4H+ que estavam dentro da mitocôndria para o espaço entre a membrana externa e a 
membra interna. 
 
✓ Os elétrons serão atraídos por um O2 (proveniente da respiração pulmonar) porém, para 
chegarem até ele precisarão passar pelas proteínas da cadeia. 
 
✓ Ao chegar ao complexo 3, através do ubiquinol, o par de elétrons volta a fornecer energia 
e libera mais 4H+ então, segue em frente e chega ao complexo 4, através do citocromo C, 
onde o par de elétrons não tem mais tanta energia e liberará somente 2H+. 
 
✓ O par de elétrons transforma a ubiquinona em ubiquinol no complexo 1 (redução) e no 
complexo 3, o ubiquinol volta a ser ubiquinona (oxidação). 
 
✓ No total, o par de elétrons forneceu energia para bombear 10H+. Finalmente, o par de 
elétrons se encontra com o O2 formando H2O. Por ser o último a receber os elétrons, o O2 é 
chamado de aceptor final de hidrogênios e elétrons. 
https://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81gua
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✓ O objetivo da cadeia é a obtenção de ATP e para isso será preciso um ADP e um Pi. A 
entrada do Pi na mitocôndria envolve um processo importante: do lado de fora da 
membrana interna da mitocôndria está mais positivo e do lado de dentro da membrana 
interna está mais negativo. Como são positivos, os H+ que estão fora da membrana serão 
atraídos para o lado de dentro pelas cargas negativas e voltarão. 
 
✓ Um H+ voltará para dentro da membrana, através do carreador fosfato, levando com ele 
um Pi. Além disso, outros 3H+ retornarão para o interior da mitocôndria, também atraídos 
pelas cargas negativas através da enzima ATP sintase, quando passam por dentro dela, a 
ATP sintase gira e ao girar ela une o ADP ao Pi e forma o ATP. 
Por fim, a partir da energia do par de elétrons, foram bombeados 10H+ e foram usados 4H+ para 
produzir 1 ATP. Com base nisso, para cada NADH serão produzidos 2,5 ATPs. 
 
 
 
 
 
 
GERAÇÃO DE ATP A PARTIR DO FADH2 
Na geração de ATP a partir do FADH2, o complexo 2 entra em ação na cadeia respiratória. 
 
 
 
 
 
 
✓ A função do FADH2 é a mesma do NADH, transportar elétrons ricos em energia para a 
cadeia e eles também são atraídos pelo O2. Então, o FADH2 entrega seu par de elétrons 
para o complexo 2 e volta a ser FAD. 
 
✓ O par de elétrons irá direto para o complexo 2 pois tem menos energia que o par de 
elétrons doados pelo NADH. 
 
✓ O FAD não é uma coenzima solúvel, não está livre, dissolvido no citosol como o NAD. Ele é 
uma coenzima que está ligada covalentemente ao complexo 2. Então, é o próprio 
complexo 2 que faz a transformação de succinato para fumarato, onde o FAD é reduzido. 
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✓ O par de elétrons transforma a ubiquinona em ubiquinol no complexo 2 (redução) e no 
complexo 3, o ubiquinol volta a ser ubiquinona (oxidação). 
 
✓ Através do ubiquinol, o par de elétrons chega ao complexo 3 e com sua energia possibilita 
o bombeamento de 4H+. Seguindo em direção ao oxigênio, o par de elétron chega no 
complexo 4, através do citrocromo C, e com sua energia possibilita o bombeamento de 
2H+. No complexo 4, os elétrons finalmente encontram o O2 e formam H2O. 
 
✓ Para produzir o ATP, é necessário a presença do ADP e do Pi, esse Pi irá entrar arrastado 
junto com o H+ que, por sua vez, é atraído pelo lado de dentro que está mais negativo. 
Outros 3H+ passarão através da ATP sintase também atraídos pelo lado negativo. Nessa 
passagem entre a ATP sintase, ela gira e une o ADP ao Pi produzindo o ATP. 
Por fim, a partir da energia do par de elétrons, foram bombeados 6H+ e foram usados 4H+ para 
produzir 1 ATP. Com base nisso, para cada FADH2 serão produzidos 1,5 ATPs. 
 
 
 
 
 
 
VISÃO GERAL 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
POTENCIAL REDUTOR 
Potencial redutor é energia existente nos elétrons naquelas substâncias. 
✓ O NADH é uma substância com alto potencial redutor, então ele tem muita energia 
quando possui elétron, se ele doa esses elétrons para uma substância com potencial 
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redutor menor, esses elétrons passam a ter menos energia. Essa diferença de energia pode 
ser aproveitada para executar um trabalho, que nesse caso é o de sintetizar ATP. Então a 
ideia é que esses elétrons sejam transportados sucessivamente entre substâncias com 
potencial redutor cada vez menor, até chegar na água, que em potencial redutor zero. 
 
✓ A ubiquinona tem um potencial redutor menor que o NADH, ou seja, quando o complexo 
1 transfere os eletrons do NADH para a ubiquinona, ele terá uma diferença de energia que 
será utilizada para realizar trabalho, no caso o trabalho é a transferência de prótons contra 
o gradiente de concentração, ele retira prótons da matriz mitocondrial para o espaço 
intermembranar. É um exemplo do que faz um próton ATPase, só que ao invés de utilizar 
energia da hidrólise de ATP, ele utiliza a diferença do potencial redutor de NADH para 
ubiquinol. 
 
✓ Existe também uma diferença de potencial redutor entre o ubiquinol e o citocromo C, o 
ubiquinol é mais energético. Então, no momento em que os elétrons são retirados do 
ubiquinol e transferidos para o citocromo C, é gerada uma diferença energética que o 
complexo III utiliza para bombear 4 prótons da matriz para o espaço intermembranar. 
 
✓ O citocromo C então difunde-se até o complexo 4, onde os elétrons são retirados do 
citocromo C e doados para o oxigênio. Ocorre então a conversão do oxigênio em água, 
que tem um potencial redutor mais baixo ainda (o potencial redutor da água é zero, todo 
os potenciais redutores são calculados referentes à água), por conta disso a água não tem 
mais condições de doar esses elétrons para ninguém. Essa diferença de potencial redutor 
entre o citocromo C e o oxigênio também será utilizada para bombear 2 prótons da matriz 
para o espaço intermembranar. 
 
✓ No complexo 2, os elétrons do FADH 2 serão aproveitados para reduzir ubiquinona em 
ubiquinol. Nessa reação, pelo fato de o FADH2 ter um potencial redutor menor do que o 
do NADH, o ubiquinol produzido tem quase o mesmo potencial redutor do que o FADH2 o 
que não deixa sobra de energia para prótons serem bombeados. Por isso, o complexo II 
não bombeia prótons. 
O bombeamento constante de prótons para o espaço intermembranar criará um gradiente 
eletroquímico. Gradiente é uma forma de acumular energia. 
Espaço intermembranar: ambiente mais ácido e potencial elétrico positivo. 
 Matriz mitocondrial: ambiente mais alcalino e potencial elétrico negativo. 
 
COMPLEXO ATP SINTASE F1F0 
Em uma analogia, pode-se comparar uma hidrelétrica com a ATP sintase (complexo F1F0): 
✓ No momento que há uma abertura de uma passagem de prótons do espaço 
intermembranar de voltapara a matriz, eles passarão com energia necessária para 
impulsionar uma turbina molecular, que é o domínio F0 da ATP sintase. 
 
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✓ A ATP sintase é dividida em 2 domínios, duas partes estruturais, uma é o domínio F0, que é 
a parte transmembranar, onde há passagem do próton; e o outro é o domínio F1, onde há 
a síntese de ATP. Os dois domínios funcionam independentemente, mas quando eles estão 
juntos, eles conseguem acoplar o gradiente eletroquímico. A força do próton passando 
gera uma rotação no domínio F0, uma mudança conformacional que gera uma rotação 
nesse domínio; esse domínio é coberto de alfa-helices e isso vai gerar uma série de 
protonações sucessivas, que vão provocar a rotação desse domínio F0. Essa rotação gira 
também o eixo da enzima e transfere a energia através de uma mudança conformacional 
para o domínio F1, e essa mudança conformacional vai gerar a produção de ATP. 
 
✓ Domínio F0: Possui várias hélices transmembranares que são capazes de girar impulsionadas 
pela passagem de prótons H + e produzir uma mudança conformacional na proteína 
fazendo o eixo que está no meio dessas hélices girar. 
 
✓ Domínio F1: eixo do meio transmite a energia para o domínio F1, causando uma mudança 
conformacional como se fosse empurrado. Esse domínio é preso por uma hélice que não o 
deixa girar. F1 é dividido em três partes, ela assume conformação diferente de acordo com 
a forca motriz (empurrão) e assim irá permitir a ligação do ADP+Pi formando a ligação 
fosfoester liberando ATP. 
 
✓ O ATP que é produzido vai ser transportado para o citosol e para isso também se usa o 
gradiente eletroquímico, porque se o espaço intermembranar é mais positivo há um 
trocador que vai jogar ATP para fora e ADP para dentro, assim como o fosfato também vai 
entrar junto com um protón, tudo isso a favor do gradiente. Por isso, a conta total de 32 ATPs 
não bate. 
 
COMPLEMENTOS 
✓ Se a cadeia transportadora de elétrons for desacoplada da síntese de ATP, ou seja, se o 
gradiente eletroquímico for desfeito sem sintetizar ATP, ocorre a produção de calor. Isso é 
feito por um grupo de proteínas chamadas de proteínas desacopladoras ou termogeninas. 
Elas são responsáveis pela transformação do gradiente eletroquímico em calor ao invés de 
em ATP. Essa proteína existe nos músculos, mas principalmente no tecido adiposo marrom 
que é muito presente em recém-nascidos. Substâncias termogênicas, como cafeína e 
efedrina aumentam a expressão das substâncias desacopladoras na célula muscular, 
promovendo uma maior produção de calor e, consequentemente, maior gasto energético 
no metabolismo basal. É assim que os termogênicos agem, aumentando a temperatura. 
 
✓ Se a gente passa horas num ambiente frio, a atividade metabólica do tecido adiposo 
marrom aumenta, e isso pode ser determinado pelo consumo de glicose por esse tecido, o 
que é visualizado pelo exame petscan. Ocorre aumento também do consumo de glicose 
pelo coração, pois ele precisa aumentar sua frequência cardíaca para alimentar esse 
tecido e distribuir o calor gerado pelo tecido adiposo marrom para o resto do corpo. 
 
 
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✓ Em pessoas com hipertireoidismo ocorre aumento da expressão de proteínas 
desacopladoras no músculo, aumentando a temperatura corporal, aumentando o 
metabolismo basal, gerando emagrecimento. 
 
ESTRESSE OXIDATIVO 
✓ Quando há muito oxigênio na mitocôndria, há muito estresse oxidativo. O oxigênio reage 
com o complexo 4 mas se ele estiver em excesso, ele pode reagir com outras estruturas e 
formar radicais livres de oxigênio como superóxidos, hidroxilas e peróxidos de hidrogênio 
(água oxigenada). Acontece principalmente em situações de isquemia (diminuição da 
perfusão do tecido). Nesses casos, há um acumulo de citocromo C e ubiquinol, quando o 
oxigênio chega ele reagirá diretamente com o ubiquinol, produzindo o superóxido. Isso se 
resolverá com o NADPH fazendo um papel de antioxidante.