Cadeia de Transporte de Elétrons

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Os cientistas Otto Heinrich Warburg e Peter Dennis 
Mitchell colaboraram para o entendimento da cadeia 
de transporte de elétrons. 
Otto Warburg recebeu o prêmio Nobel de Fisiologia 
ou Medicina em 1931 devido as suas investigações 
sobre o citocromo na respiração celular. 
Peter Mitchell também recebeu o prêmio Nobel em 
química no ano de 1961 por sua contribuição para o 
entendimento da transferência de energia biológica 
através da formulação da teoria quimiosmótica 
(diferença de potencial elétrico e químico entre a 
matriz e o espaço intermembranar). 
A cadeia de transporte de elétrons, também 
chamada de cadeia respiratória, acontece na 
mitocôndria da célula. 
A mitocôndria é uma organela celular. Ela é formada, 
principalmente, por uma membrana externa, por 
uma membrana interna e pela matriz. Sendo que em 
cada um desses locais da mitocôndria são realizadas 
funções específicas. 
 Membrana externa: é permeável a pequenas 
moléculas, que a passam para chegar no 
interior da mitocôndria. 
 Membrana interna: é impermeável a maioria 
das moléculas, incluindo prótons. É nela que 
acontece a cadeia de transporte de elétrons. 
Além disso, é nela que está presente a ATP 
sintase, que funciona como um 
transportador de prótons, e, através disso, 
há a produção de moléculas de ATP. Nela, 
ainda, estão presentes outros tipos de 
transportadores de membrana. 
 
 Matriz: contém o complexo enzimático 
piruvato desidrogenase, responsável por 
transformar o piruvato em Acetil-CoA. Além 
disso, é onde ocorre o ciclo de Krebs. Possui, 
ainda enzimas para a oxidação de ácidos 
graxos, DNA, ribossomos, enzimas de 
oxidação de aminoácidos, muitas outras 
enzimas, entre outros metabólicos 
intermediários. 
 
Alguns cientistas acreditam que a mitocôndria, 
antigamente, era uma bactéria que se incorporou as 
células dos organismos, uma vez que a mitocôndria 
realiza uma grande quantidade de funções 
importantes para o metabolismo dos organismos. 
Cadeia de Transporte de Elétrons 
 
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A cadeia de transporte de elétrons conta com a 
participação de algumas proteínas, chamadas de 
citocromos. Esses citocromos possuem 
grupamentos prostéticos parecidos ao grupamento 
heme. Existem: o citocromo A, o citocromo B e o 
citocromo C, cada um deles é formado por um grupo 
prostético porfirínico e por grupos laterais, que 
variam de acordo com o tipo do citocromo. 
 
 
A cadeia de transporte de elétrons acontece entre os 
complexos enzimáticos. Sendo assim, o potencial 
varia, e por isso, os elétrons saem de um potencial 
negativo e se direcionam para um potencial positivo. 
Dessa forma, pode-se dizer que, entre os motivos 
para a cadeia de transporte de elétrons acontecer, 
um deles é a diferença de potencial. 
 
Os complexos enzimáticos são os responsáveis por 
realizar algumas etapas da cadeia de transporte de 
elétrons. E eles ficam localizados na membrana 
interna da mitocôndria, variando de tamanho. 
Cada um deles é composto por várias proteínas, ou 
seja, eles possuem várias subunidades. Além disso, 
cada um deles possui grupamentos prostéticos 
diferentes. 
Tabela dos complexos enzimáticos. 
O complexo I é chamado de NADH+ desidrogenase. 
Ele é composto por cerca de 42 proteínas. E nele, 
moléculas de NADH+ são desidrogenadas, ou seja, 
elas perdem prótons e elétrons. 
O NADH+ está na matriz mitocondrial, ele é 
proveniente das reações do ciclo de Krebs. Quando 
ele chega ao complexo I ele passa por uma 
reoxidação, ou seja, ele perde dois elétrons e dois 
prótons. 
Os prótons e elétrons são passados para uma 
molécula de FMN (flavina mononucleotídea), a qual 
ao receber os prótons e os elétrons fica em sua 
forma reduzida de FMNH2. Depois, a FMNH2 passa os 
prótons e os elétrons para um dos grupamentos 
prostéticos, chamado de Centro Ferro-Enxofre (Fe-
S). Porém, o Centro Fe-S não é capaz de segurar os 
prótons, apenas os elétrons. Por esse motivo, os 
prótons são jogados para o espaço intermembranar. 
Já no caso dos elétrons, ao se juntarem ao Centro 
Fe-S, eles oxidam o Fe+3 para Fe+2, e depois eles vão 
para a coenzima Q, também chamada de ubiquinona. 
 
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Complexo I. 
O centro Ferro-Enxofre são proteínas que possuem 
grupos prostéticos e estão presentes em alguns 
complexos enzimáticos da cadeia de transporte de 
elétrons. Eles podem se apresentar de várias 
formas, porém, em todos eles, o ferro sempre está 
ligado aos enxofres das cisteínas que formam a 
proteína. 
 
O complexo II, também chamado de Succinato 
desidrogenase, possui a enzima succinato 
desidrogenase, que também participa do ciclo de 
Krebs na matriz mitocondrial. 
No complexo II, a enzima succinato desidrogenase 
vai catalisar uma reação na qual um succinato vai 
ser reduzido à fumarato. Sendo assim, os prótons e 
os elétrons do succinato são passados para uma 
molécula de FAD+, que ao ser reduzida, fica na forma 
de FADH2. 
Depois disso, os prótons e os elétrons são 
repassados para um centro de Fe-S. Como ele não 
consegue segurar os prótons, esses são devolvidos a 
matriz mitocondrial, uma vez que o complexo II não 
tem contato com o espaço intermembranar e os 
prótons são impermeáveis a membrana interna. 
Sendo assim, eles não conseguem ultrapassá-la e ir 
para o espaço intermembranar, por esse motivo eles 
voltam para a matriz. 
No caso dos elétrons, eles são repassados para o 
citocromo b, que, por fim, leva esses elétrons para a 
coezima Q (ubiquinona). 
A ubiquinona (CoQ) é uma enzima totalmente 
oxidada, uma vez que ela possui duas ligações com 
oxigênios. Além disso ela é formada por uma cadeia 
longa de carbonos, o que a torna hidrofóbica. É por 
esse motivo, que ela consegue ficar no meio no 
espaço intermembranar da membrana interna, uma 
vez que as caudas dos fosfolipídios ficam voltadas 
para o interior e elas também são hidrofóbicas. 
Sendo assim, a CoQ recebe elétrons de vários locais: 
 Do complexo I. 
 Do complexo II. 
 Da redução dos ácidos graxos pela enzima 
Acil-CoA desidrogenase. 
 
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Complexo II 
 Da redução do glicerol 3 fosfato pela enzima 
glicerol 3 fosfato desidrogenase. 
 
Dessa forma, ao receber elétrons e prótons, a 
ubiquinona vai mudando de conformação. Sendo 
assim, ela começa na sua forma totalmente oxidada, 
com as duas ligações com oxigênio, nessa forma ela 
é chamada de ubiquinona (Q). Ao receber prótons e 
elétrons ela passa por modificações na sua estrutura 
e passa a se chamar semiquinona . E quando, 
a semiquinona recebe mais prótons e elétrons, ela 
passa a se chamar ubiquinol (QH2), estando na sua 
forma reduzida. Depois disso, ela libera os prótons e 
os elétrons e volta a sua forma oxidada de CoQ, para 
reiniciar o processo. 
 
O complexo III, também chamado de citocromo C 
oxidorredutase, recebe os elétrons da CoQ. 
O ubiquinol é formado perto da matriz mitocondrial, 
ou seja, na parte mais interna da membrana interna 
da mitocôndria. Como ele é uma molécula altamente 
hidrofóbica, ele consegue caminhar pela membrana 
e se direcionar para a parte mais externa da 
membrana interna, ou seja, para o local mais 
próximo do espaço intermembranar. Ao chegar lá, 
 
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ele perde um próton para o espaço intermembranar, 
e um elétron, e por esse motivo, ele se transforma 
no semiquinona. O elétron entra num centro Fe-S do 
complexo III e é transportado para o citocromo C, 
presente no espaço intermembranar. 
A semiquinona, então, perde mais um próton para o 
espaço intermembranar. E como ela não pode ficar 
com apenas um elétronna membrana hidrofóbica, 
ela o recicla. Sendo assim, a semiquinona joga o 
elétron para o citocromo C, presente no complexo III. 
Ao perder o elétron, a semiquinona passa a ser uma 
ubiquinona (CoQ). Dessa maneira, a ubiquinona 
consegue se aproximar, novamente, da parte mais 
interna da membrana interna da mitocôndria. 
Quando ela chega perto desse local ela recebe o 
elétron reciclado, ao receber esse elétron ela pode 
retirar um próton da matriz. Sendo assim, receberá 
mais elétrons e prótons até chegar, novamente, na 
forma de ubiquinol. 
O objetivo disso é pegar elétrons e passá-los pelos 
complexos, a fim de jogar prótons para o espaço 
intermembranar. Sendo assim, os prótons vão para 
o espaço intermembranar, o que provoca um 
acúmulo de prótons nesse local, e os elétrons vão 
para o citocromo C. 
 
Complexo III. 
O complexo IV, também chamado de citocromo 
oxidase, é quem recebe os elétrons acumulados no 
citocromo C. Sendo assim, esses elétrons vão passar 
por dois citocromos: o citocromo A e o citocromo A3 
do complexo IV. Eles fazem isso porque como a 
membrana é impermeável a elétrons, eles precisam 
ultrapassá-la de alguma forma, e por isso, eles 
utilizam o complexo IV. 
Depois de passarem pelo complexo IV, os elétrons 
chegam até o íon de oxigênio (O2). O O2 ao receber os 
elétrons capta prótons da matriz mitocondrial, e 
transforma-se em H2O (água metabólica). 
Sendo assim, através dos metabolismos do 
organismo foram produzidos substratos para o Ciclo 
de Krebs. Nesse ciclo, então, foram produzidas 
enzimas reduzidas (NADH+ e FADH2). Essas enzimas, 
através da passagem de seus elétrons pela cadeia 
respiratória, foram oxidadas. E, por fim, esses 
elétrons chegam ao O2 (oriundo da respiração), que 
é o aceptor final de elétrons. E dessa forma, o O2 é 
transformado em H2O metabólica. Além disso, os 
prótons das enzimas são levados para o espaço 
intermembranar da mitocôndria. 
Durante o transporte de elétrons, os prótons vão 
saindo e se acumulando no espaço intermembranar. 
Sendo assim, há muito mais prótons no espaço 
intermembranar do que na matriz. 
Dessa maneira, a teoria quimiosmótica diz que esse 
acúmulo de prótons no espaço intermembranar vai 
gerar uma diferença de potencial elétrico e química. 
Essa diferença é a força motriz para a produção de 
ATP pela ATP sintase. 
Devido a tendência de equilibro entre os meios, os 
prótons vão querer retornar para a matriz, porém a 
membrana interna é impermeável a prótons. Sendo 
assim, eles retornam para a matriz utilizando a ATP 
sintase, que serve como porta de entrada para a 
matriz dos prótons vindos do espaço 
intermembranar. E quando eles retornam para a 
matriz, passando pela ATP sintase, eles promovem a 
síntese de molécula de ATP através de ADP+Pi. 
 
 
 
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Complexo IV. 
 
Teoria Quimiosmótica. 
 
 
 
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Tanto inibidores como desacopladores são 
substâncias que atrapalham o andamento da cadeia 
de transporte de elétrons. Eles não são produzidos 
pelos organismos, porém eles podem entrar no 
corpo através de contaminações. 
Inibidores são substâncias que inibem a passagem 
de elétrons. Dessa forma, eles impedem que a cadeia 
de transporte de elétrons aconteça, e isso, afeta 
alguns outros metabolismos como o ciclo de Krebs, 
podendo levar a morte do organismo. Alguns dos 
inibidores são: 
 Rotenona: inibidor do complexo I, sendo 
assim os elétrons não conseguem chegar a 
CoQ. 
 Antimicina A: inibidor do complexo III. 
 Cianeto e Monóxido de Carbono: inibe o 
complexo IV, ou seja, os elétrons não chegam 
ao O2 e não há a produção de H20. 
 
Desacopladores são substâncias que podem captar 
prótons, causando o desacoplamento da cadeia de 
transporte de elétrons. Eles são substâncias 
orgânicas e hidrofóbicas e por isso, conseguem 
passar pela membrana interna da mitocôndria. 
Sendo assim, os desacopladores captam os prótons, 
e os levam para a matriz sem que seja necessário a 
passagem deles pela ATP sintase. Dessa forma, 
ocorre um desacoplamento químico, no qual não 
ocorre a fosforilação oxidativa e, consequentemente, 
não ocorre a síntese de ATP. 
Alguns desacopladores são: 
 2,4 dinitrofenol (2,4 DNP): em sua estrutura 
possui um O livre capaz de captar prótons. 
 
 FCCP: possui em sua estrutura um N livre 
capaz de captar prótons. 
 
A fosforilação oxidativa é uma continuação à cadeia 
de transporte de elétrons. 
John Ernest Walker e Paul Delos Boyer receberam o 
prêmio Nobel de química no ano de 1997. Eles foram 
os responsáveis por estudar a elucidação do 
mecanismo enzimático subjacente à síntese de ATP, 
ou seja, eles estudaram e descobriram como a célula 
consegue produzir ATP através da ATP sintase. 
A ATP sintase encontra-se na membrana interna da 
mitocôndria. Ela possui contato tanto com a matriz 
mitocondrial quanto com o espaço intermembranar. 
Ela é responsável por transportar prótons do espaço 
intermembranar para a matriz mitocondrial, a fim de 
estabelecer um equilíbrio entre os dois meios. 
 
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A ATP sintase é formado por duas partes. A primeira 
parte é formada por subunidades. As subunidades α 
e β ficam ligadas a subunidade γ. 
 
Sendo assim, existem três subunidades α e três 
subunidades β que ficam voltadas para a matriz 
mitocondrial. Essas subunidades podem se 
apresentar de três formas: ligadas a um ATP, ligadas 
a um ADP+Pi ou, ainda, vazias. A subunidade γ é a 
responsável por ligar essas seis subunidades α e β. 
 
A segunda parte da ATP sintase é a responsável por 
capturar os prótons do espaço intermembranar e 
levá-los para a matriz mitocondrial. 
 
 
O mecanismo da síntese de ATP funciona através de 
seis sítios catalíticos, que são as subunidades α e β. 
Como citado anteriormente, essas subunidades 
podem estar em três formas: 
 Na forma O, open, ou seja, aberta. Nesse 
caso, a subunidade se encontra vazia. 
 Na forma L, loose, frouxo. Na qual a 
subunidade se encontra ligada a uma 
molécula de ADP+Pi. 
 Na forma T, tight, apertado. Nesse caso, a 
subunidade se encontra ligada a uma 
molécula de ATP. 
Sendo assim, quando ocorre a entrada do ADP+Pi na 
ATP sintase ele se liga espontaneamente a 
subunidade que está na forma L. Essa ligação ocorre 
espontaneamente devido a conformação da 
subunidade, que no caso é L. Nessa conformação L, 
essa subunidade tem mais afinidade com o ADP+Pi. 
Além disso, na subunidade com a forma T já está 
ligada uma molécula de ATP que foi sintetizada 
através da junção de um ADP+Pi, anteriormente. 
Então, quando ocorre a passagem de um próton pela 
ATP sintase, ele modifica a conformação do sistema, 
uma vez que ele serve como energia para o 
funcionamento da ATP sintase. Dessa forma, ocorre 
uma mudança na conformação das subunidades: o 
sítio aberto passa a ser frouxo, o sítio apertado passa 
a ser aberto, e o sítio frouxo passa a ser apertado. 
Dessa maneira, quando o sítio apertado muda de 
conformação e se torna frouxo, ele libera o ATP que 
havia sido produzido. E no sítio que antes era frouxo, 
e se tornou apertado, passa a ter energia suficiente 
para juntar o ADP+Pi e sintetizar uma nova molécula 
de ATP. 
E assim, através da passagem dos prótons e das 
mudanças de conformações dos sítios, ocorre a 
síntese de moléculas de ATP através da ATP sintase. 
Sendo assim, para sintetizar uma nova molécula de 
ATP é necessário que haja ADP+Pi. Porém, eles não 
 
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se encontram na matriz da mitocôndria, disponíveis 
para a ATP sintase, eles entram na matriz 
mitocondrial através de transportadores. Além 
disso, o ATP não pode ficar dentro da matriz,uma vez 
que ele é utilizado em outras vias metabólicas no 
citosol da célula. Dessa maneira, ele também utiliza 
um transportador para sair da mitocôndria. 
Existem dois transportadores entre as membranas 
das mitocôndrias: 
 Adenina Nucleotídeo Translocase: é um 
transportador de membrana do tipo 
antiporter, ou seja, ocorre a entrada de uma 
molécula e a saída de outra. Sendo assim, 
através desse transportador há a saída das 
moléculas de ATP e a entrada das moléculas 
de ADP. 
 Fosfato Translocase: é um transportador de 
membrana do tipo simporter, ou seja, ocorre 
a entrada de duas moléculas ao mesmo na 
mitocôndria. Dessa forma, há a entrada de 
prótons e de grupamentos fosfato na 
mitocôndria. Esses prótons que entram 
através da fosfato translocase são jogados, 
novamente, para o exterior da membrana 
através da cadeia de transporte de elétrons. 
 
+
Os NADH+ produzidos pelo ciclo de Krebs na 
mitocôndria são usados na cadeia de transporte de 
elétrons, para doar prótons e elétrons no complexo 
I. 
Porém, no citosol da célula também são produzidos 
NADH+ através de outras vias metabólicas, como por 
exemplo, na glicólise. Sendo assim, a célula precisa 
utilizar essas moléculas de NADH+ para alguma 
coisa. E é por esse motivo, que o NADH+ citossólico é 
levado para a matriz mitocondrial, onde ele poderá 
ser utilizado. 
Contudo, a molécula de NADH+ não entra na 
mitocôndria, o que é levado para a matriz é apenas 
o seu poder redutor, ou seja, os prótons. Entretanto, 
esses prótons são impermeáveis a membrana 
interna da mitocôndria. Sendo assim, eles são 
transportados juntamente a outras moléculas. 
Então, o NADH+ citossólico entra em uma reação 
catalisada pela enzima malato desidrogenase. Essa 
enzima transforma uma molécula de oxaloacetato 
em malato. Além disso, na reação os prótons do 
NADH+ são passados para a molécula de malato, e, 
por isso, o NAD+ é liberado no citosol de novo. 
O malato, entra na matriz mitocondrial através de 
um transportador. Na matriz mitocondrial, o malato 
é transformado novamente em oxaloacetato pela 
enzima malato desidrogenase. E nessa reação, há a 
participação de NAD+ oriundo da matriz, ele pega os 
prótons e é liberado para ser usado pela mitocôndria 
na forma de NADH+. Esse NAD+ pode ser proveniente 
da cadeia de transporte de elétrons, vindo do 
complexo I depois de ter perdido seus prótons. 
Depois disso, o oxaloacetato é uma das moléculas 
usadas no ciclo de Krebs, e por esse motivo, a 
 
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mitocôndria não pode perder muita quantidade de 
oxaloacetato para o citosol. Sendo assim, o 
oxaloacetato é transformado em aspartato pela 
enzima aspartato aminotransferase. Nessa reação, 
há a entrada de uma molécula de glutamato que doa 
seu grupamento amino, e sai na forma de α-Ceto 
glutarato. 
O aspartato, então, sai da mitocôndria através de 
outro transportador. No citosol da célula, ele é 
novamente transformado em oxaloacetato, pela 
enzima aspartato aminotransferase. O oxaloacetato 
então recomeça o ciclo para transportar mais 
prótons para o interior da mitocôndria. 
As lançadeiras são mecanismos celulares pelos 
quais o poder redutor (prótons) do NADH+ citossólico 
consegue adentrar a mitocôndria. 
Sendo assim, existem várias lançadeiras: 
 Malato aspartato: permite a entrada do 
malato carregado com um próton no interior 
da mitocôndria. Dessa forma, ocorre a 
produção do NADH+ mitocondrial que é 
utilizado pelo complexo I na cadeia de 
transporte de elétrons. 
 Glicerol fosfato: permite a entrada de 
prótons na mitocôndria através do complexo 
II da cadeia de transporte de elétrons. Ela 
funciona da seguinte maneira: o NADH+ 
produzido na glicólise participa de uma 
reação, catalisada pela enzima citosol 
glicerol 3 fosfato desidrogenase, na qual 
uma molécula de Diidroxicetona fosfato é 
transformada em Glicerol 3 fosfato. O 
glicerol 3 fosfato pega os prótons do NADH+, 
que por sua vez sai na forma de NAD+. Então 
o glicerol 3 fosfato passa os prótons para o 
FAD+, presente no complexo II da cadeia de 
transporte de elétrons, que fica em sua 
forma reduzida de FADH2. O FADH2, por sua 
vez, passa os elétrons para a coenzima Q e 
passa os prótons novamente para uma 
molécula de diidroxicetona fosfato. 
 
91 Bioquímica Metabólica | 2020.1 
 
São substâncias que inibem o acontecimento da 
fosforilação oxidativa. 
 Atractilosídeo: inibe a Adenina Nucleotídeo 
Translocase. Ao fazer isso, ocorre um 
acúmulo de ATP na matriz mitocondrial o que 
pode causar vários problemas metabólicos, 
uma vez que o ATP não sai da mitocôndria 
para ser utilizado em outros metabolismos. 
Essas substâncias bloqueiam a ATP sintase, são na 
maioria das vezes antibióticos e antifúngicos. 
 Oligomicina: inibe a passagem dos prótons 
pela ATP sintase. Dessa forma, ela não tem 
energia para produzir ATP. 
São reações nas quais ocorre a produção do ATP. 
Porém, essa síntese de ATP não é feita pela ATP 
sintase. Essas reações acontecem em outros locais. 
Contudo, esses ATP’s produzidos por outros meios 
não são suficientes para manter o organismo, por 
esse motivo, ocorre a fosforilação oxidativa pela ATP 
sintase. 
A fosforilação ao nível do substrato ocorre em 
reações da glicólise, por exemplo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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