COMO AS CÉLULAS SINTETIZAM ATP ?

CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS E FOSFORILAÇÃO

OXIDATIVA

SINTETIZAM ATP ÀS CUSTAS DA OXIDAÇÃO DE COENZIMAS – NADH E FADH2

AS COENZIMAS SÃO PREVIAMENTE REDUZIDAS NO CICLO DE KREBS E NA BETA OXIDAÇÃO DE ÁCIDOS

GRAXOS (principalmente)

NA SÍNTESE DE ATP ESTÃO ENVOLVIDAS A CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS E A ENZIMA ATP

SINTASE

AMBOS LOCALIZADOS NA MEMBRANA INTERNA DA MITOCÔNDRIA

A CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS E A ENZIMA ATP SINTASE ESTAO LOCALIZADAS NA

MEMBRANA INTERNA DA MITOCÔNDRIA

2 um de comprimento e 5 um de diametro.

Eugene Kennedy and Albert Lehninger: complexos respiratórios e enzimas do Ciclo de Krebs e Oxidacao dos Acidos Graxos.

Membrana externa contem porina e membrana interna e altamente impermeavel.

O Ciclo de Krebs e a oxidacao de acidos graxos só funciona em AEROBIOSE

Isto porque o Oxigênio é necessário para oxidar as Coenzimas NADH e FADH2

Beta-oxidação de ácidos graxos

• Tiólise

•Desidrogenação

•Hidratação

•Oxidação

FADH2

NADH

A Oxidação das Coenzimas é feita pela CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS, localizada na membrana interna da Mitocôndria

Na cadeia respiratoria, os eletrons fluem dos componentes com potencial de oxido-reducao mais negativo para aqueles mais postivos.

Um agente redutor forte (como o NADH) tem a tendencia de doar eletrons e tem um potencial de reducao negativo, enquanto um agente oxidante forte (como o O2) esta

pronto para aceitar eletrons e tem um potencial de reducao positivo.

COMPONENTES DA CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS

- NADH:Q oxidorredutase (I) *

- Succinato: Q-oxidorredutase (II)

- Q:citocromo c oxidorredutase (III) *

- Citocromo c oxidase (IV) *

- ATP-sintase

CADEIA RESPIRATORIA: 3 bombas de protons

COMPLEXO I: NADH-coenzima Q redutaseContém cerca de 34 subunidades e massa de 880 kd

NADH + H+ + Coenzima Q (ox) NAD+ + Coenzima QH2

Primeira porta de entrada de elétrons na cadeia - NADH

O complexo I contem uma molecula de FMN que aceita dois átomos de

hidrogênio. Contém também os centros ferro-enxofre, necessarios para a tranferencia de hidrogenios

para a ubiquinona.

O fluxo de dois eletrons pelo complexo I leva ao bombeamento de 4 H+ para for a da mitocondria.

Ubiquinona ou Coenzima Q

Isoprenóide não polar que se movimenta na membrana da mitocôndria transportando elétrons

Coenzyme Q can exist in three oxidation states: the fully reduced ubiquinol form (CoQH2), the radical semiquinone intermediate (CoQH·), and the fully oxidized ubiquinone form (CoQ).

Coenzyme Q can exist in three oxidation states: the fully reduced ubiquinol form (CoQH2), the radical semiquinone intermediate (CoQH·), and the fully oxidized ubiquinone form (CoQ).

2H+ 2e+

A coenzima Q e ubiqua nos sistemas biologicos.

Ela pode aceitar hidrogenios tanto do FADH2 como da NADH-desidrogenase (complexo I)

COMPLEXO II – denominado Succinato Coenzima Q oxidorredutase Contém 4 subunidades e massa de 140 kd

Segunda porta de entrada de elétrons na cadeia – FADH2

FADH2 + Coenzima Q (ox) FAD + Coenzima Q(red)

O complexo II e o elo fisico entre o ciclo de Krebs e a cadeia

respiratoria.

O complexo II nao bombea protons para o espaco entre

membranas.

COMPLEXO III –Coenzima Q- citocromo c oxidorredutase

E um dimero e cada monomero contem 11 subunidades e massa de 250 kd

Coenzima QH2 + Citocromo c (ox) Coenzima Q (ox) + Citocromo c (red)

O fluxo de dois eletrons pelo complexo III leva ao bombeamento de 4 H+ para fora da mitocondria.

O complexo III contem os citocromos b, c1 e c.

Cada citocromo contem um grupo heme.

O complexo III contem tambem centros ferro-enxofre.

Complexo IV – Citocromo c oxidase,

Contém cerca de 13 subunidades e massa de 160 kd

Citocromo c (red) + Citocromo a (ox) Citocromo c (ox) + Citocromo a (red)

Citocromo a (red) + Citocromo a3 (ox) Citocromo a3(red) + Citocromo a (ox)

Citocromo a3(red) + OXIGÊNIO Citocromo a3(ox) + H2O

O complexo IV contem os citocromos a e a3 e contem tambem tres ions cobre

O fluxo de dois eletrons pelo complexo IV leva ao bombeamento de 4 H+ para fora da mitocondria.

ATP-sintase

ATP SINTASE

Formada por dois componentes: Fo – Canal por onde passam os prótons e F1 – Porção onde

ocorre a catálise

ATP SINTASE

Peter Mitchel, 1961 –formulou a hipotese

quimiosmotica, na qual a oxidacao e fosforilacao estao acopladas por um gradiente de protons.

CADEIA

ATP SINTASE

Síntese de ATP

Os prótons bombeados para fora da membrana interna da mitocôndria, VOLTAM para dentro da

mitocôndria através de um canal representado pela ATP sintase

Ao voltar para dentro, ocorre liberação de energia que é utilizada pela ATP sintase para a síntese de

ATP

Fosforilação oxidativa

ADP + Pi ATPATP sintase

CADEIA

ATP sai da mitocôndria para o citoplasma através de um transportador

Transportador de ATP

Na passagem dos elétrons pelos transportadores da cadeia, prótons são bombeados para fora da

membrana interna da mitocôndria

CONTROLE RESPIRATÓRIO

O transporte de elétrons e a síntese de ATP são processos intimamente acoplados

Só há oxidação das coenzimas se houver síntese de ATP

ADP atinge concentrações limitantes na célula.

É o regulador dos dois processos

Quando ATP é consumido, ADP aumenta e há um estímulo dos dois processos.

Quando há muito ATP, há pouco ADP e os dois processos são mais lentos.

Derivados toxicos do oxigenio molecular podem ser formados na ultima etapa da Cadeia Respiratoria.

Formas reativas do oxigenio (ROS, reactive oxygen species), como o anionte superoxido e o peroxido de hidrogenio sao formadas em quantidades pequenas.

ROS podem desencadear cascatas de oxidacao nas celulas, resultando em mutacoes e no aparecimento de

doencas.

Os ROS sao destruidos pela superoxido dismutase e pelas catalases.

Anti-oxidantes naturais incluem ainda as vitaminas E e C.

Rendimento Energético

Para 1 mol de NADH oxidado, a variação de energia livre permite sintetizar 3 moles de ATP

Para 1 mol de FADH2 oxidado, a variação de energia livre permite sintetizar 2 moles de ATP

A Oxidação completa de 1 mol de GLICOSE a CO2 e H2O produz 38 moles de ATPs

IV- 10NADH e 2FADH2 pela cadeia e PO – 34 ATP

I – Glicose a 2 piruvatos – 2NADH, 2ATP

II- 2 piruvato a 2 Acetil-CoA – 2NADH

III- 2 Acetil-CoA pelo ciclo de Krebs – 6NADH, 2FADH2, 2GTP

10NADH, 2FADH2 ,2ATP, 2GTP

Glicose + 6O2 + 38 ADP + 38Pi 6CO2 + 6H2O + 38 ATP

Inibidores da Cadeia de transporte de elétrons

Complexo I – Rotenona (inseticida), Barbitúricos (hipnóticos, Amital)

Complexo II - Malonato

Ubiquinona (Coenzima Q) – não conhecido

Complexo III – Antimicina A

Citocromo c – não conhecido

Complexo IV – Cianeto, Monóxido de Carbono, Azida sódica, Ácido sulfídrico

Estes compostos param o funcionamento da cadeia, não há síntese de ATP e são potencialmente letais

Complexo 2

Inibidores da cadeia de transporte de elétrons

Rotenona

Amital

Malonato

Antimicina A

CN, CO, Azida

O bloqueio da Cadeia termina bloqueando a síntese de ATP

Oligomicina – Liga-se a Fo e inibe a síntese de ATP

Oligomicina

Desacopladores

Dissocia o transporte de elétrons do processo de síntese de ATP

DNP composto hidrofóbico que atravessa a membrana interna da mitocôndria e transporta prótons

Os prótons deixam de passar pela ATP sintase e pára a síntese de ATP

No passado, DNP usado como agente emagrecedor