Cadeia Transportadora Eletrons e Fosforilação Oxidativa

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Cadeia Transportadora de Elétrons (CTE) e Fosforilação OxidativaRELEMBRANDO A ESTRUTURA DA MITOCÔNDRIA
 
Membrana externa:
· Livremente permeável a pequenas moléculas e íons
Membrana interna:
· Impermeável à maioria de pequenas moléculas e íons
· É nela q estão ancorados os complexos respiratórios que formam a CTE
· Repleta de invaginações (dobras)
· No interior dessas criptas encontra-se a matriz
· A matriz mitocondrial é composta por um líquido onde estão presentes diversas enzimas do CK
COMO OS ELÉTRONS SÃO TRANSFERIDOS?
MITOCÔNDRIA
CTE E FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS
→São moléculas proteicas e não proteicas que trabalham juntas formando uma cadeia onde alguém recebe esses é no início da cadeia e os vai repassando até estes chegarem ao aceptor final
→O aceptor final de elétrons (molécula que vai ficar com a posse definitiva desses é) é o O2
→Quando o O2 recebe esses elétrons, ele se reduz a água
→Quem traz esses elétrons é o NADH e o FADH2
→Essa CTE é uma forma otimizada de utilização de energia, ocorrendo de forma gradativa, de modo a não desperdiçar a energia que vai ser liberada mas sim aproveitá-la
1. Diretamente
 Ex: Redução de F3+ a Fe2+
2. Na froma de átomos de H (H+ + 1é)
3. Na forma de íon hidreto (H-) que tem 2é
COMPLEXOS RESPIRATÓRIOS
1. Complexo I: NADH-CoQ oxidorredutase
2. Complexo II: Succinato-CoQ oxirredutase
3. Complexo III: Co-QH2 -citocromo c oxirredutase
4. Complexo IV: Citocromo c oxidase
 
→Respirossomos: Associação dos complexos respiratórios na membrana mitocondrial internaOUTRAS MOLÉCULAS ENVOLVIDAS
1. Ubiquinona (Coenzima Q ou Q) – Quinona hidrofóbica (inserida nas caudas dos fosfolipídeos)
2. Proteínas que contêm ferro
a. Proteína Fe-S
b. Citocromos: proteínas que absrovem bem na luz visível devido à presença de ferro em sua estruturaCITOCROMOS
FORMAS DE ENTRADA DOS É NA CTE
COMPLEXO 1
→NADH-CoQ oxirredutase ou NADH desirogenase
→Catalisa a transferência de elétrons do NADH p/ a coenzima Q (CoQ)-Ubiquinona
→Formado por 45 cadeias polipetídicas diferentes
→Contém várias proteínas (8) que possuem um centro ferro-enxfore (Fe-S) e a flavoproteína (FMN) que oxida o NADH
→Estrutura em “L”, com uma parte ancoradana na membrana mitocondrial interna e outra projetada para dentro da matriz
→O NADH entrega o seu íon hidreto para as flavoproteínas
→A linha azul é o caminho que os é percorrem até chegar na ubiquinona (Coenzima Q)
→Elétrons passados adiante até chegarem na Ubiquinona que recebe esses 2é e fica totalmente reduzida a ubiquinol
→O transporte dos é (processo que libera energia) está acoplado automaticamente ao bombeamento de prótons para o espaço intermembranar
→COMPLEXO 1: catalisa obrigatoriamente 2 processos
1. Transferência exergônica para a ubiquinona de um íon hidreto do NADH e um próton da matriz (NADH+ H+)
2. Transferência endergônica de 4 prótons (4H+) da matriz para o espaço intermembranas
→Considerações importantes:
· Processo exergônico
· O processo só ocorre numa única direção
· A coenzima Q é o receptor de é final do complexo I
· A coenzima Q é móvel e pode deslocar-se na membrana de modo a transferir os é que recebeu para o complexo B
· No complexo I ocorre bombeamento de prótons que gera o gradiente de Ph
· Mecanismo de bombeamento ainda não esclarecidosCOMPLEXO II- SUCCINATO-CoQ OXIRREDUTASE
→Catalisa a transferência de é para a coenzima Q
→Bem mais simples que o complexo I
→Ao invés do NADH a fonte de é é o succinato
→Succinato + E-FAD → Fumarato + E-FADH2
(obs: E-FAD indica que a flavina está ligada covalentemente à enzima)
→O FAD recebe os é e vira FADH2 
→Os é vão percorrendo o caminho por entre as proteínas até entregar para a ubiquinona que vai virar ubiquinol
→Considerações importantes:
· A enzima succinato desidrogenase faz parte do complexo enzimático Succinato-CoQ oxirredutase (membrana interna da mitocôndria)
· O processo é exergônico
· Nesse complexo não há bombeamento de prótons para o espaço intermembranasCOMPLEXO III CoQH2 – CITOCROMO C OXIRREDUTASE (CITOCROMO REDUTASE)
Catalisa a transferência de é da coenzima Q reduzda (CoQH2) para o citocromo c
Formado por:
· 2 citocromos bH e bL 
· 1 citocromo c1
· Proteínas ferro-enxofre
Equação geral:
Obs: os citocromos não carregam hidrogênios e sim elétrons
 
COMPLEXO IV- CITOCOMO C OXIDASE
FORÇA PRÓTON-MOTRIZ
→Ou gradiente eletroquímico
→Com o passar do tempo haverá uma concentração de prótons no espaço intermembrana (carregado +) e um déficit (falta) de prótons dentro da matriz (carregada -)
→O ph do espaço intermembrana é menor do que o espaço da matriz
→O Ph dentro da matriz é maior
→Tem-se uma geração de gradiente elétrico, devido ao excesso de cargas de um dos lados e a ausência destes do outroGRADIENTE ELETROQUÍMICO
→ Quando é são transferidos, prótons são bombeados simultaneamente para o espaço intermembranar
→O resultado é a formação de um gradiente de prótons
→Espaço intermembrana: rico em prótons
→Espaço interno da matriz: déficit de prótons
→Processo exergônico: libera energia
→Prótons voltam passivamente (a favor e um gradiente) através da ATPsintase (sintetiza o ATP), que faz isso “às custas” desses prótonsFORMAÇÃO DE ERO NAS MITOCÔNDRIAS
→O transporte de é na CTE não é perfeito
→Nem todo o é consegue chegar no O2
→Para minimizar esses danos e neutralizar essas espécies reativas de oxigênio tem-se algumas enzimas:
· Peróxido-desmutase: transforma esse super-óxido em peróxido de hidrogênio
· Peroxidase: tranforma em água
· Glutationa: trabalha na doação de é para reduzir as espécies
 
Fosforilação OxidativaCTE E FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
→A energia gerada pelo potencial eletroquímico (força próton-motriz) pela membrana será convertida em energia química que será utilizada para a síntese de ATP
→Modelo quimiosmótico: a energia favorece a síntese de ATP à medida que prótons fluem passivamente de volta à matriz através da ATP-sintaseATP-SINTASE
→Porção Fo: fica pressa na membrana mitocondrial interna. É ela que permite a volta dos próton 
→Porção F1: é quem de fato faz a síntese do ATP. É esta que trabalha para fazer a fosforilação. Fica projetada para a matriz (dentro da mitocondria)
→Porção F1: formada por subunidades
 
→Visão lateral: Poro de prótons e 3 subunidades (a, b2 e cn)CATÁLISE ROTACIONAL
→Subunidade B: gera ATP e pode estar sob a forma de 3 conformações 
→Sempre que uma subunidade Y (gama) toca uma subunidade B (beta), a subunidade se torna vazia, liberando o ATP
→A cada 4 próton que voltam, um ATP é gerado
→3 prótons atravessam a porçao Fo, causando um movimento rotacional, fazendo com que a subunidade C gire. A subunidade y gira simultaneamente e onde toca, fica vazio e libera ATP.
→Processo se repete e provoca mudanças nas demais
→ATP é liberado, lugar fica vazio
→ADP+P vira ATP
→Vazio pode ligar-se a um novo ADP
LANÇADEIRA MALATO-ASPARTATO
ROTAÇÃO DA SUBUNIDADE C
→A subunidade do complexo Fo da ATP-sintase tem 2 meios-canais hidrofílicos para próton, um conduzido do P para o meio da membrana e o outro conduzido do meio da membrana para o lado N (matriz)
→As subunidades c individuais em Fo são arranjadas num círculo ao redor do miolo central
→Cada subunidade c tem um importante resíduo de Asp que pode doar ou receber um próton (H+)
→A subunidade a tem uma cadeia lateral de Arg carregada positivamente, a qual forma uma interação eletrostática com o grupamento carboxila do Asp que é negativamente carregado na subunidade c adjacente
→Esta subunidade c é inicialmente posicionada de forma que o próton que entra no meio-canal do lado P encontra e protona o resíduo de Asp, enfraquecendo sua interação com Arg
→A cadeia lateral de Arg rotaciona em direção ao resíduo protonado de Asp da próxima subunidade c e desloca o próton de sua carboxila, enquanto uma nova interação Arg-Asp se forma
→O próton deslocado move-se através do segundo meio-canal na subunidade a e é liberado no lado NROTAÇÃO DA SUBUNIDADE C
→Para cada 4 prótons que voltam para a matriz mitocondrial, 1 ATP é sintetizado. Como :
· CadaNADH →10H+ : Bombeados para o espaço intermembrana
· Cada FADH2 →6H+ : Bombeados para o espaço intermembrana
Então:
· Cada NADH 2,5 ATP : Bombeados para o espaço intermembrana
· Cada FADH2 1,5 ATP: Bombeados para o espaço intermembrana
→Isso vale para todos os NADH prodzidos na oxidação da glicose?
R: Não, pois os NADH produzidos no citosol (glicólise) precisam “chegar” na mitocôndria. Dependendo do “caminho” (LANÇADEIRA), esse número não será 2,5 e sim 1,5 ATP
→Fígado, rim, coração
→A membrana não tem transportador para NADH
→O oxaloacetato que se encontra no exterior, no espaço intermembrana/citosol é transformado em malato por ação da malato desidrogenase
→Esse malato tem um trasnportador para ele, permitindo então a passagem
→Há uma nova convesão: o malato volta a ser oxaloacetato e o NAD vira NADH
LANÇADEIRA DO GLICEROL 3-FOSFATO
→Cérebro, músculo esquelético
→O NADH encontra-se fora da mitocondria
→O NADH entrega os é para a dihidroxiacetona-fosfato e a transforma em glicerol 3-fosfato. Este, por sua vez, entrega os é para o FAD, que vira FADH2. Este pode então entregar os é à Ubiquinona, que vai até ao complexo III
→CTE e FO tudo junto e acopladoACOPLAMENTO QUIMIOSMÓTICO
→A transferência de elétrons e a síntese de ATP são obrigatoriamente acopladas nenhum processo ocorre sem o outro
→Substrato: GLICOSE
→O2 será consumido: CTE
→ATP sintetizado: ATP-sintase / FO
→Sem subsytrato oxidáel (sem CTE) não há síntese de ATP (fosforilação oxidativa) nem consumo de O2
→Sem ADP não há síntese de ATP (fosforilação oxidativa). A CTE não ocorrerá e não haverá consumo de O2COMPOSTOS INIBIDORES (BLOQUEADORES) DA CTE
→São agentes que bloqueiam o fluxo de elétrons gerando acúmulo dos complexos reduzidos antes do ponto de bloqueio e presença de complexos oxidados após o ponto de bloqueio
→Sem CTE não há gradiente de prótons e consequentemente não há síntese de ATP 
→EX: 
COMPOSTOS INIBIDORES DA FO
→Oligomicina e venturicidina: inibem a ATP-sintase (FO)
COMPOSTOS DESACOPLADORES
→Desacopladores: são agentes que inibem a produção de ATP (FO) sem contudo afetar a CTE, ou seja, os processos ficam desacoplados
→Normalmente são ácidos fracos ou ionóforos
→Ex: ânions que reagem com prótons no espaço intermembranas e os libera na matriz, reduzindo a diferença de concentração de prótons entre os dois lados da membrana mitocondrial interna
Ex: 2,4-Dinitrofenol (dinitrofenolato)´
 : FCCP
Ex: Gramicidina A e Valinomicina: são ionóforos que formam canais de NA+, H+, K+. O gradiente elétrico é anulado
→Há trasnporte de é mas não há síntese de ATPEFEITOS COMUNS DOS DESACOPLADORES
· Aumento na oxidação de coenzimas e no fluxo de elétrons
· Aumento do consumo de nutrientes (falta de ATP) bem como do consumo de O2
· HipertermiaCTE EM PLANTAS
Apresentam os mesmos complexos existentes nos demais organismos
Adicionalmente, possuem outros componentes que não são encontrados em mitocôndrias e mamíferps
Esses componentes adicionais não bombeiam prótons
Quais seriam as vantagens das NADH desidrogenases externas?
R: aceitar é oriundos de NADH externo ????
Quais seriam as vantagens das NADH desidrogenases internas?
R: auxiliar o complexo I quando este estiver sobrecarregado 
Quais seriam as vamtagens da existência da oxidase alternativa em plantas?´
R:
· Produção de calor importante na polinização
· Eventos relacionados a estresses abióticos que podem diminuir a respiração mitocondrial, o que leva a produção de ROS. A drenagem de é pela rota alternativa impede o acúmulo de ROS
· Regulação dos níveis de ATP
· Alta taxa de respiração e baixa demanda de ATP