Cadeia de transporte de elétrons e fosforilação oxidativa

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Cadeia de transporte de elétrons e fosforilação oxidativa 
Aqui é o último passo na oxidação da glicose, vem depois do ciclo de krebs e é onde temos a 
maior parte de produção de ATP. 
Tivemos a produção de 4 ATPs ate agora nessa oxidação da glicólise por meio de fosforilação a 
nível de substrato. 
Aqui vamos ver duas rotas que são acopladas, juntas. Um não ocorre sem o outro. 
A cadeia ocorre previamente para que a fosforilação oxidativa ocorra, caso contrário, o 
ambiente não fica favorável para a síntese de ATP que ocorre na fosforilação oxidativa. 
O número de ATP produzido na fosforilação oxidativa varia de pessoa pra pessoa, porém nos 
livros tem um numero bem definido, mas é importante saber que as pessoas produzem 
números diferentes de ATP. 
Tem um gradiente de prótons que também facilita a entrada de piruvato para dentro da matriz 
da mitocôndria. 
Tem um composto, o 2,4 dinitrofenol que desacopla essas duas cadeias o que levava ao 
emagrecimento em algumas pessoas, ou seja, toda energia utilizada pela celula para produzir 
ATP será dissipada, principalmente na forma de calor, o que se ocorrer de forma muito 
intensa, você pode gerar tanta energia na forma de calor que leva a condições super serias, o 
individuo queima por dentro basicamente. 
Produzimos mais ou menos 1KG de ATP por KG de peso, portanto, uma pessoa com 70KG 
produz 70KGde ATP e pra isso precisa de 2.000 Kcal por dia (que é o tanto que precisamos 
ingerir por meio de alimentos para conseguir ter substrato suficiente para produzir a 
quantidade de ATP necessária, que nesse caso aqui é 70kg, ou seja, precisamos ingerir 2000 
kcal para termos como substrato para a produção de 70KG de ATP), pra suprir essa demanda 
de energia. Ou seja, precisamos produzir muuuitos ATPs por dia, muito mesmo. 
Kcal é o tanto de energia que um determinado alimento irá fornecer com toda a sua quebra no 
organismo, esse processo é feito queimando mesmo esse alimento em um equipamento pra 
ter essa noção. 
Os atps produzidos na fosforilação a nível de substrato (os 2 da via glicolítica e os 2 do ciclo de 
Krebs) são sempre fixos. Já os ATPs em uma fosforilação oxidativa são os únicos que não são 
fixos, que podem variar de individuo pra individuo. Portanto, com a mesma quantidade de 
glicose ingerida as pessoas podem produzir quantidades diferentes de ATP dependendo do seu 
metabolismo. 
Lembrando que na oxidação completa da glicose temos a formação de 6 CO2, 6 H2O e 36 – 38 
ATP. Cada via vai gerar o que ta descrito na imagem abaixo: 
 
O CO2 já foi produzido em 6, 2 no aceitil coa e 4 no ciclo de Krebs. E ate o final do ciclo de 
Krebs temos varias coenzimas produzidas, 10 NADH e 2 FADH, agora eles precisam ser 
oxidados, liberarem os seus elétrons para que voltem a ser oxidados e assim conseguirem 
pegar outros elétrons. 
Portanto, na cadeia de transporte de elétrons essas coenzimas entregam seus elétrons para 
que fiquem oxidados e possam ser reduzidos novamente. E ai a fosforilação ta acoplada nesse 
processo todo ai e que temos a formação de ATP. 
A glicólise começa a ocorrer no citosol, piruvato vai pra matriz mitocondrial, ocorre o ciclo de 
Krebs e na membrana mitocondrial interna ocorre a fosforilação oxidativa e essa cadeia de 
transporte de elétrons. 
Mitocondria 
Tem uma membrana mitocondrial interna que faz curvas, chamadas de cristas mitocondriais 
que aumentam a área de superfície da mitocôndria. A matriz mitocondrial é o que tem entre 
as cristas mitocondriais. 
 
A membrana externa é permeável e ai existe um espaço chamado de intermembrana, que é o 
que tem entre as duas membranas, a externa e a interna. 
O ATP produzido na mitocôndria, vai ser liberado na matriz mitocondrial que vai precisar sair 
dessa mitocôndria para ser utilizado por toda a celula, pra isso, ele vai precisar de 
transportadores que façam isso. 
 
 
No final da cadeia de transporte de elétrons tem que ter uma molécula que vai receber os 
elétrons dessa cadeia, que no caso é o oxigênio. Portanto, ele é super importante justamente 
por ser esse aceptor final de elétrons dessa cadeia que pegaram esses elétrons do NADH e do 
FADH2 (que agora reduzidos voltam para serem reaproveitados) e, quando isso ocorre, esse 
oxigênio é reduzido em água. Essa cadeia então só transporta os elétrons para o oxigênio e 
isso é um fator super importante (gradiente de prótons) para produzirmos ATP na fosforilação 
oxidativa. Dessa forma, NADH e FADH são receptores intermediários de elétrons mas não 
finais. 
Na imagem abaixo, as coenzimas reduzidas chegam na cadeia de transporte de elétrons que 
liberam os elétrons e esse prótons para o oxigênio, ficando oxidado novamente (reoxidação) e 
pronto para pegar mais elétrons nessa cadeia novamente. 
A cadeia de transporte de elétrons é formada por 4 complexos proteicos presentes na 
membrana interna mitocondrial, complexo 1, 2, 3 e 4 em que todos são estáveis nessa 
membrana e os elétrons vão passando de complexo em complexo sem pular nenhum. Além 
disso, existem outros dois complexos que já são móveis nessa membrana e que possuem 
nomes específicos (coenzima Q e citocromo C). 
 
 
Potencial de transferência de elétrons ou potencial de oxiredução (E0): é a medida de 
afinidade por elétrons, ou seja, indica a afinidade que aquele composto tem com os elétrons, 
ou seja, quanto menor esse E0, maior facilidade do composto em questão em liberar elétrons 
e mais difícil dele em receber elétrons, justamente por ter uma afinidade menor aos elétrons. 
Agora quanto maior esse E0, mais facilidade em receber elétrons e mais difícil de transferir 
elétrons. Quanto menor o E0, menos ele gosta de elétrons. 
E ai quando tivermos um piruvato para converter em lactato, usamos o NADH que passa a 
NAD+, ele doa elétrons pro piruvato pra conseguir virar lactato, e o NADH doa elétrons pro 
piruvato pq esse NADH tem E0 menor, menor afinidade, que ta transferindo para um 
composto que tem maior afinidade, já que o piruvato tem o E0 maior (imagem abaixo). Com 
isso, o NADH vai transferir elétrons pro oxigênio, pq ele tem um E0 menor que o do oxigênio, 
então um com maior afinidade pega os elétrons de um que tem menor afinidade. Com isso, 
reações que acontecem por transferência de elétrons de compostos com EO menor para 
compostos com E0 maior, são favoráveis. E ai na cadeia de transporte de elétrons é quase isso 
que ocorre. 
 
Cadeia de transporte de elétrons 
Então temos aqueles 6 compostos la e o grande objetivo dela é transferir elétrons do NADH 
para o oxigênio. O NADH tem um E0 bem negativo, de -0,32, então um quer muito pegar 
elétrons e o outro quer muito transferir elétrons. Já o do oxigênio é bem positivo, portanto, 
essa transferência é super favorável tanto que não conseguimos transferir elétrons do NADH 
direto pro oxigênio de tao favorável que ela é pq se ocorresse diretamente muita energia seria 
dissipada e a célula não iria conseguir utilizar. E ai o que a célula usou como alternativa? Ela vai 
transferindo lentamente os elétrons do NADH até ele conseguir ir pro oxigênio, com isso, a 
perda de energia é bem pequena. 
Agora vamos ver o passo a passo dessa cadeia: Nessa cadeia, o NADH que chegou nessa 
cadeia de transporte de elétrons transfere os seus elétrons para o complexo numero 1 da 
cadeia de transporte de elétrons, que é um complexo bem grande assim na membrana 
mitocondrial interna e tem um E0 de -0,30, que é maior que o E0 do NADH que é de -0,32, com 
isso, é favorável a transferência de elétrons do NADH para esse complexo I. O complexo I vai 
transferir os seus elétrons para o complexo de número 3, mas pra isso ele precisa de um 
intermediário, chamado de coenzima Q (o primeiro complexo móvel) e ai ele transfere os 
elétrons pro Q que é favorável também já que o E0 dessa coenzima Q é bem maior, e esse Q 
que vai transferir os elétrons para o complexo de número 3. O E0 do complexo 3 é de 0,20, 
sendo um processo favorável também. O complexo 3 precisa transferir os elétronspro 
complexo 4 mas pra isso ele usa um intermediário também, que é o outro complexo móvel 
chamado de citocromo C, que recebe os elétrons do complexo 3 por um processo favorável 
também. Esse citocromo C transfere os elétrons pro complexo 4 (também processo favorável 
pq o E0 do citocromo C é menor do E0 do complexo 4) e ai esse complexo 4 transfere os 
elétrons pro oxigênio, que também é uma transferência favorável que é reduzido a H2O. 
Ou seja, os elétrons vao sendo transferidos por meio de uma transferência favorável por meio 
desses complexos até chegar no oxigênio. 
 
Com isso, concluímos que os elétrons passam dos carreadores com menor potencial de reduão 
(mais negativos) para aqueles com maior potencial (mais positivo), sendo um processo 
favorável termodinamicamente. 
O complexo 2 é o que vai receber elétrons que estão presentes apenas no FADH2 e ai em 
seguida os passos serão os mesmos, e o complexo I apenas do NADH. 
O complexo 2 é chamado de succinato desidrogenase, que também ta presente no ciclo de 
Krebs. Uma molécula de oxigênio recebeu os elétrons e serão formadas duas moléculas de 
água. 
Aqui nessa imagem abaixo é quase o mesmo de cima, em que temos os 4 complexos fixos, os 2 
móveis (coenzima Q ou ubiquinona e o citocromo C). 
 
 
 
Além dos potenciais de redução que vao organizar essa ordem de passagem dos elétrons, 
como que esses elétrons fixam em um complexo e esse complexo transfere pro outro? Bom, 
esses complexos são proteínas que possuem dentro um grupo prostético (subs não proteicas 
que compõem uma proteína como o grupo heme na hemoglobina), que normalmente são 
compostos por metais, principalmente ferro, que gostam de pegar elétrons. Esse grupo 
prostético pode ser até mesmo o grupo Heme, como o que ocorre no citocromo C mas que 
tem um F um pouco diferente. Esses compostos de I a IV tem nomes mas não precisamos 
saber e nem os detalhes de como os elétrons passam dentro de cada complexo nessa cadeia. 
Temos um bombeamento de prótons (prótons são liberados) da matriz pro espaço 
intermembrana todas as vezes que o complexo I transfere os elétrons pra coenzima Q, que são 
4 prótons. 
O complexo II não transporta prótons para fora, da matriz pro espaço intermembrana, ou seja, 
não tem o bombeamento de prótons. 
A coenzima Q é lipídica, por isso consegue ser móvel e esses elétrons que ela recebe, ela pode 
receber de outros locais também como do NADH produzido na via glicolítica la do citosol (mas 
pra isso precisam entrar na mitocôndria e ai vamos ver mais adiante como isso ocorre), sendo 
uma molécula carreadora intermediária. 
O complexo 3 também pode ser chamado de complexo dos citocromos bc1 e recebe elétrons 
apenas que estão vindo da coenzima Q. Nesse complexo também temos o bombeamento de 
prótons da matriz para o espaço intermembrana quando ele passa seus elétrons para o 
citocromo C. 
O citocromo C passam os elétrons pro complexo 4, que transfere esses elétrons ate chegarem 
no oxigênio. O oxigênio é reduzido a agua usando 4 protons da matriz mitocondrial e os 
elétrons que ele recebeu, ai cada molécula de oxigênio é separada e se junta com dois 
elétrons, formando duas águas. . Esse oxigênio bombeia mais 2 prótons para o espaço 
intermembrana. Nesse ciclo dessa cadeia, conseguimos bombear 10 prótons para o espaço 
intermembrana e 4 da matriz foram utilizados pelo oxigênio. 
 
Esses prótons que saíram criam um gradiente que é útil para a síntese de ATP. 
 
A partir dessa cadeia de transporte de elétrons, temos a fosforilação oxidativa que ocorre por 
um complexo que ta grudado na membrana mitocondrial interna e parte ta voltado para a 
matriz mitocondrial. Esse complexo é chamado de ATP sintase ou FoF1 ATPase, que é 
responsável por sintetizar ATP. 
Modelo quimiosmótico 
O gradiente de prótons que ta sendo formado durante a cadeia de transporte, é a força motriz 
que o complexo da ATP sintase precisa pra formar ATP, relação essa chamada de modelo 
quimiosmótico. 
Quando esses elétrons estão fluindo por essa cadeia, prótons são transferidos para o espaço 
intermembrana, que deixa esse espaço mais positivo e a matriz mais negativa, criando um 
potencial elétrico ali nessa região (gradiente de prótons), o que da força para a ATPase 
conseguir sintetizar ATP. 
Com isso, tem mais H+ fora do que dentro, criando um potencial químico ali também além 
desse elétrico, em que na matriz ta mais alcalino e no espaço ta mais ácido – portanto, 
potencial eletroquímico. 
 
 
E ai o que ocorre é o seguinte: a oxidação dos transportadores de elétrons leva ao 
bombeamento de prótons gerando o gradiente eletroquímico. Os prótons que estão do lado 
de fora, quando eles retornam para a matriz mitocondrial, eles não retornam atravessando a 
matriz pq ela é impermeável, eles retornam pra dentro da matriz (o que é favorável pq tem 
mais do lado de fora) utilizando um transportador, que é justamente a ATP sintase que tem 
um poro e é por esse poro que os H+ entram na matriz e ai toda vez que esse transporte 
ocorre eles ativam a atp sintase por força cinética, ela gira, se movimenta na membrana 
mitocondrial interna toda vez que passa um H+. E ai toda vez que ela gira, ela tem energia 
suficiente para formar um ATP. 
Essa atp sintase tem um gerador (F1) e um motor (Fo, que é o poro). Esse poro tem um eixo 
segurando ele e embaixo desse eixo (que vai unir essas duas partes) tem o F1. E ai o próton 
passou pelo FO e aciona o F1 pq muda sua conformação. 
 
Mais uma vez, a parte do F0 que ta ancorada na mmemrbana mitocondrial interna gira, se 
movimenta nessa parte da membrana. O eixo é chamado de gama, que gira junto quando o F0 
gira, que ai altera a conformação de F1 para que sua afinidade mude para ter alta afinidade de 
ADP e fosfato e baixa afinidade com o ATP. E ai em seguida, ela funde os dois, ADP e P e forma 
ATP. E ai logo depois esse ATP tem que se desligar. 
A cada próton que passa a F0 gira em torno de 120 graus pq quando entra H+ ele roda 
subunidade Y que roda também as subunidades alfa beta. 
A ATPsintase parte F1 é formada por 3 dímeros de cadeias alfa beta, e cada dímero se liga a 
ADP e P. Ai quando entra um H, ela gira e expõe um sitio livre ali, que entra ADP e P. Em 
seguida, entra mais um H e ai ela da outro giro e expõe outro sitio livre e também junta ADP + 
P, formando o ATP. Em seguida, entra mais um H, expõe outro sitio e ai ela libera o ATP. Com 
isso, precisamos de 3 voltas para ter um ATP sintetizado e liberado. 
Em uma mitocôndria pode ter cerca de 10 mil complexos de ATP sintase. 
 
Portanto, cada volta que cada dímero dá, conseguimos formar até 3 ATPs porque cada dímero 
vai ta num estado diferente de ADP + P. Ou seja, entra, junta e libera – em cada volta, e ai se 
um dímero ta ligando ADP + P, outra ta sintetizando ATP e outra ta desligando o ATP. 
Transportador de ATP 
Esses ATPs produzidos la na matriz precisam de ADP e de fosfato, pra isso, temos 
translocadores chamados de simportador (para o fosfato) e antiportador (para o ADP) na 
membrana mitocondrial interna que conseguem colocar pra dentro da matriz mitocondrial o 
ADP e o fosfato. O simportador coloca fosfato pra dentro da matriz e tira H+ pra fora, pro 
espaço intermembrana e isso ocorre pq o fosfato aproveita que o próton ta indo pra fora e 
entra. 
O antiportador coloca ADP pra dentro da matriz e ATP pra fora que foi produzido pela ATP 
sintase. 
 
Portanto, pra um fosfato entrar, um próton tem que sair, portanto, pra ATP sintase funcionar, 
precisa entrar 3 protons na atp sintase pra ela rodar e 1 proton precisa entrar no simportador 
pra que o fosfato entre, portanto, pra cada ATP produzido precisamos de 4 prótons. 
Quando o NADH entra na cadeia de transporte, 10 protons são colocados pra fora na cadeia de 
transporte de elétrons, ao total, pela passagem dos elétrons, mas usamos 4 pra produção de 
um ATP, portanto, pra cada 10 prótons conseguimos fazer 2 ATPs e meio – 2,5 ATPs por 
molécula de NADH que entrana cadeia de transporte. 
Já para o FADH2, se ele entrar nessa cadeia de transporte, ele impulsiona apenas 6 prótons pra 
fora, tendo como produção um atp e meio – 1,5 ATP. 
Portanto, se usar apenas elétrons de FADH2 vou produzir menos atp do que quando 
comparado com o NADH, porque para cada NADH temos 2,5 ATPs e cada FADH2 temos 1,5 
ATPs. 
Com isso, com a oxidação completa da glicose, temos 2NADH da glicólise, 2 da oxidação do 
piruvato e 6 pelo ciclo de Krebs, tendo como resultado 10 NADH e uma produção total de 25 
ATP, já que cada NADH vai produzir 2,5 ATPs. 
Na glicólise, produzimos 2 ATPs também e no ciclo de Krebs + 2 ATPs e no ciclo de Krebs temos 
2 FADH2, que vai produzir 3 ATPs. 
Com isso tudo, temos 25 atp + 3 do fadh + 2 atps vindo da glicólise + 2 do ciclo de Krebs = 32 
ATPs que produzimos com a oxidação total da glicólise. 
 
 
Essa quantidade de ATP varia de pessoa pra pessoa, pela própria variabilidade mesmo mas 
também dependendo do tecido, isso pq os 2NADH produzidos na glicólise são citosólicos e 
precisamos fazer eles entrarem na matriz pra que eles entreguem os elétrons na cadeia de 
transporte, na membrana externa eles passam, já que ela é permeável e na membrana 
mitocondrial interna tem lançadeiras em alguns tecidos que pegam e colocam na matriz esse 
NADH de forma indireta. A lançadeira do malato aspartato, por exemplo, é uma lançadeira 
presente no coração, fígado e rim. Na membrana mitocondrial interna temos o transportador 
malato alfa cetoglutarato e o glutamato aspartato. E ai o que ocorre é que: os NADH estão no 
espaço intermembrana e os elétrons dessas coenzimas são passados para o oxaloacetato (que 
vira malato quando pega os elétrons e ai o transportador alfa cetoglutarato transporta esse 
malato do espaço intermembrana para a matriz mitocondrial). Esse malato é convertido em 
oxaloacetato na matriz e, nessa conversão, ele libera elétrons e o NAD+ que tava ali na matriz 
pega esses elétrons e vira NADH. 
Esse oxaloacetato da matriz precisa voltar pra buscar mais elétrons, e ai pra isso precisamos de 
algumas transformações já que esse oxaloacetato não consegue atravessar a membrana 
mitocondrial interna. Pra isso, esse oxaloacetato é transformado em aspartato (o oxaloacetato 
ganha um grupo amino do glutamato – glutamato esse que vira alfacetoglutarato) com isso, o 
aspartato e o alfacetoglutarato é transportado pelo transportador glutamato aspartato, que 
sai e fica no espaço intermembrana. 
E ai nesse espaço, o grupo amino do aspartato volta pro alfacetoglutarato, tendo como 
produtos oxaloacetato e glutamato. 
 
Portanto, NADH citosolico é transportado de forma indireta para a matriz mitocondrial pela 
lançadeira malato aspartato. Todas essas reações acima são reversíveis. 
Além dessa lançadeira, tem uma outra que pode ajudar a passar os elétrons desse NADH. Essa 
lançadeira é chamada de glicerol 3-fosfato e ta muito presente em mm esquelético e encéfalo. 
Aqui, o NADH citosolico que ta no espaço intermembrana vai dar os elétrons para o 
diidroxiacetona fosfato que vai transformar em glicerol 3 fosfato. Esse glicerol vai pra 
membrana mitocondrial interna que ai encontra uma outra enzima la que tem um FAD, com 
isso, o glicerol quando chega nessa enzima vai transferir os elétrons dele para o FAD, que é 
reduzido em FADH2. Esse FADH2 passa os elétrons para a coenzima Q que vai levar esses 
elétrons para o complexo 3 e ai segue o caminho dos elétrons la dos complexos. 
Portanto, os elétrons aqui serão entregues na cadeia transportadora de elétrons por um 
FADH2, com isso, teremos a produção de menos ATP quando comparamos com a lançadeira 
malato aspartato. 
 
Essa reação do NADH para FADH2 é irreversível pq o FADH2 tem uma afinidade maior por 
elétrons, relação do E0. 
Para cada FADH, produzimos 1,5 ATP e para cada NADH, produzimos 2,5 ATP. 
 
Agentes que interferem na síntese de ATP 
São agentes utilizados, na maioria das vezes, na pesquisa e que irão inibir alguma coisa na 
cadeia de síntese de ATP. 
 
 
 
A interrupção na cadeia de transporte de elétrons, interrompe o transporte de prótons e ai 
bloqueia todo o processo pq não cria o gradiente eletroquímico. Com isso, reduz ATP mas 
aumenta NADH que continua chegando com os elétrons mas não consegue passar eles pra 
cadeia de elétrons. Além disso, temos pouco NAD+ consequentemente, com isso, o ciclo de 
Krebs vai ta inibido por falta de NAD+. 
 
Proteínas desacopladoras (endógenas) 
São pp que desviam a volta dos prótons pela atp sintase, ou seja, invés dos prótons voltarem 
pela atp sintase, voltam por essas pp, com isso, o gradiente de prótons começa a ser desfeito. 
 
 
 
O DNP é uma pp desacopladora que é uma substância lipofílica que no espaço intermembrana 
rouba os prótons que estão nesse espaço, e ai carregando esses prótons ele consegue 
atravessar a membrana interna e ir pra matriz mitocondrial, nessa matriz ele solta esses 
prótons, por isso que é um desacoplador exógeno. Com isso, ele desfaz o gradiente 
quimiosmótico que leva a uma maior produção de calor pelo corpo para tentar produzir 
energia compensatória.