Ciclo de krebs e fosforilação oxidativa

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Regulação do ciclo de Krebs
1) Regulação da produção de Acetil-CoA:
complexo da piruvato desidrogenase (PDH)
● Fortemente inibido por ATP, NADH e Acetil-CoA
(feedback negativo), são produtos de reação catalisados
pelo complexo.
● inibição alostérica muito aumentada quando ácidos
graxos de cadeia longa estão disponíveis. Ocorre um desvio
do piruvato para formação da glicose por gliconeogênese
(quando ocorre hipoglicemia).
● Ativado por AMP, CoA e NAD +.
2) Regulação do ciclo:
● A velocidade do ciclo é regulada por: disponibilidade
de substrato, inibição por acúmulo de produtos e inibição das
primeiras enzimas da via: citrato sintase (1), isocitrato
desidrogenase (3) e 𝛂-cetoglutarato desidrogenase (4).
● Succinil-CoA inibe a 𝛂-cetoglutarato desidrogenase
por feedback negativo e também inibe a citrato sintase por
feedback negativo indiretamente.
Lançadeiras de elétrons: sistemas especiais de
lançadeiras carregam equivalentes dos redutores de NADH
citosólico para a matriz mitocondrial e por uma via indireta.
1) Lançadeira do malato-aspartato: fígado, rim e
coração.
➔ Aspartato é transformado em oxaloacetato
no espaço intermembrana pela aspartato aminotransferase
(NH3 do aspartato é transferido para o 𝛂-cetoglutarato que se
transforma em glutamato). Esse oxaloacetato é reduzido a
malato pela malato desidrogenase (NADH se oxida a NAD+).
Através de um transportador mitocondrial, o malato entra
para a matriz, sendo oxidado novamente a oxaloacetato
(NAD+ reduzido a NADH) através da malato desidrogenase.
10 NADH: 25 ATP
2 FADH: 3 ATP
4 ATP a nível de substrato
32 ATP gerados
2) Lançadeira do glicerol-3-fosfato: músculo
esquelético e SNC.
➔ Ela difere da lançadeira malato-aspartato por
entregar os equivalentes redutores do NADH para a
ubiquinona e, então, para o complexo III, proporcionando
energia suficiente para sintetizar 1,5 molécula de ATP.
➔ Redução da dihidroxiacetona para
glicerol-3P faz com que o NADH se oxide a NAD+, catalisada
pela ação da glicerol-3-fosfato desidrogenase citosólica.
Quando o glicerol-3-fosfato é oxidado novamente a
diidroxiacetona pela ação da glicerol-3-fosfato
desidrogenase mitocondrial, o FAD recebe os elétrons sendo
reduzido à FADH2, que irá gerar QH2 e ir para o complexo III.
8 NADH: 20 ATP
4 FADH2: 6 ATP
4 ATP a nível de substrato
30 ATP gerados
4 H+ - 1 ATP 4 H+ - 1 ATP
10 H+ - x 6 H+ - x
x = 2,5 ATP → NADH x = 1,5 ATP → FADH2
Fosforilação Oxidativa: ADP fosforilado até
ATP → acontece no complexo IV
● Membrana mitocondrial externa: permeável a
moléculas pequenas e a íons.
● Membrana interna é impermeável à maioria das
moléculas pequenas e dos íons, incluindo H+ → aloja os
componentes da cadeia respiratória e a ATP-sintase.
● Matriz mitocondrial, delimitada pela membrana
interna, contém o complexo da PDH e as enzimas do ciclo
do ácido cítrico → onde acontece as oxidações biológicas.
● Estágio final do metabolismo produtor de energia
nos aeróbios.
● Ocorre na mitocôndria.
● Elétrons doados pelo NADH e FADH2 → redução de
O2 em H2O.
Cadeia transportadora de e-:
● Membrana mitocondrial interna.
● 4 complexos transportadores de e-.
● complexo 5 → síntese de ATP → matriz
mitocondrial.
● carregadores são, em sua maioria, proteínas
integrais com grupos prostéticos capazes de doar ou aceitar
elétrons.
● Ubiquinona: solúvel em lipídios, pode aceitar um
elétron e se tornar o radical semiquinona (.QH) ou dois
elétrons para formar o ubiquinol (QH2). Como é pequena e
hidrofóbica, é livremente difusível dentro da bicamada
lipídica da membrana mitocondrial interna e capaz de
movimentar equivalentes redutores entre outros
carregadores de e- menos móveis.
Complexo I: NADH à ubiquinona
➔ Também chamado de NADH: ubiquinona
oxirredutase ou NADH desidrogenase.
➔ catalisa 2 processos simultâneos e
obrigatoriamente acoplados: a transferência exergônica para
a ubiquinona de um íon hidreto do NADH e de um próton da
matriz e a transferência de 4H+ para o espaço
intermembrana.
➔ Amital, rotenona e piericidina inibem o fluxo
de e- do centro ferro-enxofre do complexo I para a
ubiquinona, bloqueando o processo global de fosforilação
oxidativa.
Complexo II: Succinato desidrogenase
➔ única enzima do ciclo de Krebs presente na
membrana mitocondrial.
➔ Oxida o succinato a fumarato → FAD é
reduzido a FADH2.
➔ Catalisa a transferência de e- do FADH2 para
a ubiquinona, formando o ubiquinol (QH2).
➔ Não libera H+ no espaço intermembrana.
➔ Inibido pelo malonato (inibidor competitivo)
quando o substrato é o succinato: FADH2 não gera ATP.
Complexo III: Complexo dos citocromas bc1
➔ Também chamado de Ubiquinona: citocromo
c oxirredutase.
➔ Transferência de elétrons do ubiquinol (QH2)
para o citocromo c e transfere 4 H+ para o espaço
intermembrana.
Complexo IV: Citocromo oxidase
➔ Carrega elétrons do citocromo c para O2,
reduzindo-o a H2O.
➔ Para cada e- transportado, 1 H+ é transferido
para o espaço intermembrana → 2 H+ liberados.
● Os elétrons são liberados para manter o gradiente
eletroquímico a fim de dar força para a ATP sintase.
● Menos oxigênio faz com que a cadeia
transportadora de e- fique lenta.
● NADH → complexo I (4 H+), complexo III (4 H+) e
complexo IV (2 H+) = 10 H+ → 2,5 ATP
● FADH2 → complexo II (0 H+), complexo III (4 H+) e
complexo IV (2 H+) = 6 H+ → 1,5 ATP
● Espaço intermembrana tem mais H+, logo o pH é
menor. Matriz mitocondrial tem menos H+, logo o pH é
menor.
Síntese de ATP: força próton-matriz impulsiona a
síntese de ATP, à medida que os prótons fluem
passivamente de volta à matriz, por meio de um poro para
prótons na ATP-sintase.
● Acoplamento quimiosmótico: conexão obrigatória
entre a síntese mitocondrial de ATP e o fluxo de elétrons
pela cadeia respiratória.
● ATP-sintase é um grande complexo enzimático da
membrana mitocondrial de ATP e o fluxo de elétrons pela
cadeia respiratória.
● ATP-sintase é um complexo enzimático da
membrana mitocondrial interna que catalisa a formação de
ATP a partir de ADP e P i.
➔ possui 2 componentes distintos: F1 (sítios de
síntese de ATP) virada para a matriz mitocondrial e F0 (canal
para a entrada de H+) sensível a oligomicina, mais
hidrofóbica e embebida na membrana mitocondrial interna.
➔ fosforilação oxidativa acontece na
subunidade da fração F1, sendo que cada giro desta
produz 1 ATP.
● A membrana mitocondrial interna geralmente é
impermeável a espécies carregadas, mas 2 sistemas
específicos transportam ADP e Pi para dentro da matriz e
ATP para o citosol.
➔ antiporte entre ATP e ADP: ATP
transportado para fora das mitocôndrias e ADP transportado
para a matriz.
➔ simporte de fosfato e H+ pela
fosfato-translocase para a matriz, vindo do espaço
intermembrana.
Regulação da fosforilação oxidativa
● Concentração de ADP → quanto maior, mais
atividade terá a fosforilação.
● Disponibilidade de O2.
● Inibidor do complexo I: rotenona → inibe a
transferência de e- para a ubiquinona.
● Inibidor do complexo III: rotenona → antimicina A →
inibe a transferência de e- do cyt b para o cyt c1.
● Inibidor do complexo IV: CN- ou CO → inibe a
transferência de e- do cyt c para o O2.
● Desacopladores: Afetam a síntese de ATP, pois
agem pela dissipação do gradiente de prótons através da
membrana mitocondrial interna criado pelo sistema de
transporte de e-.
➔ desfazem o fino acoplamento que existe
entre os transportadores de e- e a síntese de ATP.
➔ Não deixam os H+ voltarem para a matriz
mitocondrial pela ATP sintase.
➔ Dinitrofenol, dicumarol…
➔ termogenina: canal passivo de H+ pelo qual
estes fluem do citosol para a matriz.
➔ energia de oxidação não é conservada pela
formação de ATP, mas dissipada como calor, o que contribui
para manter a temperatura corporal.
➔ Tecido Adiposo Marrom (TAM): a oxidação
de combustível serve não para produzir ATP, mas para gerar
calor para manter o recém nascido aquecido → animais que
hibernam também possuem. (cor marrom porque possui
muitas mitocôndrias com alta concentração de citocromos
com grupos heme que são fortes absorvedores de luz
visível).