A fosforilação oxidativa (FO) é

o estágio final do

metabolismo produtor de

energia nos organismos

aeróbicos

Nessa etapa toda a energia

produzida (na forma de

carreadores de elétrons)

durante a oxidação dos

carboidratos, lipídeos e

aminoácidos e TCA é

utilizada para síntese de ATP

Em eucariotos a fosforilação

oxidativa ocorre na

mitocôndria e envolve a

redução do O2 em H2O.

Fosforilação

oxidativa

MME – permeável a pequenas

moléculas e íons (poros)

MMI – impermeável a pequenas

moléculas e íons (inclusive H+)

•Componentes da cadeia

respiratória

•Transportadores ADP-ATP

•Outros transportadores de

membrana

•ATP sintase

Matriz

•Complexo piruvato

desidrogenase e coenzimas

•Enzimas do TCA, oxidação

ácidos graxos e aminoácidos

•ATP, ADP, Pi, Mg2+, Ca2+, K+

•Intermediários solúveis

•DNA e ribossomos

O que contém e quais

as características de

cada compartimento

mitocondrial?

Como é a mitocôndria?

As mitocôndrias

possuem duas

membranas sendo que a

interna forma cristas

para aumentar a

superfície de contato

interna com a matriz

mitocondrial.

Enzimas da Via Glicolítica

MME MMI Citosol Matriz

Piruvato

Ácidos graxos

Aminoácidos

Complexo piruvato

desidrogenase

TCA

Oxidação Ac Graxos

e aminoácidos

Transportadores

elétrons reduzidos

(NADH e FADH2)

Cadeia respiratória e

ATP sintase ATP e H2O

MME - Permeável à pequenas moléculas

e íons que se movem através de proteínas

integrais da membrana - porinas

MMI - Impermeável à maioria das

moléculas ( os íons H+), transportadores

específicos para algumas moléculas

Quem são os componentes da cadeia respiratória?

São conjuntos de proteínas integrais de membrana

(MMI) que apresentam grupos prostéticos capazes

de receber e doar elétrons (transportadores).

Quem são essas moléculas transportadoras de elétrons?

Além do NADH e FADH2

Coenzima Q (ubiquinona, plastoquinona, menaquinona)

Citocromos (heme)

Proteínas ferro-enxofre

Tipos de transferência

Transferência direta de elétrons (Fe+3→Fe+2)

Transferência de átomos de hidrogênio (H+ + e-)

Transferência de grupos hidreto (:H-)

Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo (NAD)

Coenzima hidrossolúvel

Atua junto com as desidrogenases

retirando elétrons nas vias catabólicas

Transporta íon hidreto (2e- e 1H+)

Não passa pela MMI

Coenzima ligada covalentemente às

flavoproteínas

Transporta 1 ou 2 átomos de H

Podem servir de intermediários nas

reações que doam 2 e- para

receptores que aceitam apenas 1 e-

Flavina adenina dinucleotídeo (FAD)

Coenzima Q

Transportador de

elétrons ligado à MMI

Lipídeo solúvel (possui

longa cadeia isoprenóide

lateral)

Molécula pequena e

hidrofóbica – difunde pela

membrana mitocondrial

interna

Pode aceitar 1 ou dois

átomos de H (2 etapas)

Atua na junção entre

transportadores de um

doador de 2 e- e um

receptor de 1 e-

Citocromos

Transferem elétrons diretamente por redução do Fe3+ a

Fe2+ do grupo heme (anel tetrapirrolico com átomo de

ferro)

Proteínas que tem como característica um absorção

intensa de luz visível – possuem um grupo heme ligado

Quando o grupo

heme está reduzido

pode absorver luz em 2

ou 3 comprimentos de

onda, isso classifica os

citocromos.

Podem ser divididos em 3 classes

dependendo do espectro de

absorção

Cit b

Cit a

Proteínas integrais

da membrana com

heme ligado, mas

não covalentemente

Cit c Proteína solúvel com

heme ligado

covalentemente

Associada à

superfície externa na

MMI por interações

eletrostáticas

Proteínas ferro-enxofre

Não tem grupo heme, o ferro está ligado à proteína

por associação com átomos de S ou S da cisteína.

Transferem 1 e- em cada átomo de Fe e o potencial

de redução varia com sua estrutura

Tem várias estruturas – nas mitocôndrias existem 8

tipos de proteínas Fe-S

Como funciona a transferência de

elétrons na cadeia respiratório???????

Os elétrons tendem a passar de um composto com

menor afinidade por elétrons (menor potencial de

redução) para um com maior afinidade (maior

potencial de redução).

O que é potencial de redução?

Medida da afinidade de um composto por

elétrons

Conjunto de complexos proteicos e transportadores de

elétrons que captam e transferem elétrons até o Oxigênio

Afinidade

por e-

NADH menor E que outros

transportadores da cadeia

respiratório

Oxigênio mais eletronegativo, maior E,

último aceptor de elétrons

Potencial de

redução

Os complexos que constituem a cadeia de

transferência de elétrons nas mitocôndrias são

constituídos por proteínas e moléculas

transportadoras de elétrons (quinonas, FAD, FMN,

citocromos, proteínas ferro-enxofre)

Fluxo vai do componente com menor potencial de

redução para o de maior potencial de redução

Na cadeia respiratória os

elétron fluem

espontaneamente do

complexo I e II para a

coenzima Q.

QH2 funciona como um

transportador móvel de

elétrons que os transfere

para o complexo III.

Complexo III passa os

elétrons para a outra

conexão móvel, o citocromo

c,

Cit c transfere os elétrons

para o complexo IV que vão

reduzir o O2

Só recebe elétrons do

NADH da matriz

mitocondrial

Transfere dois

elétrons do NADH e

dois próton (H+) da

matriz para a

ubiquinona

Transfere 4 H+

para o espaço

intermembranas

(bomba de prótons)

Complexo I – NADH:ubiquinona oxidorredutase

ou NADH desidrogenase

Única enzima do TCA que

está ligada à MMI

O FADH2 formado passa o

elétron dos H para a quinona

Complexo II – Succinato desidrogenase

-oxidação

Acil-coA graxo desidrogenase →

primeira enzima da -oxidação

ETF = eletron -

transfering protein

Outras flavoproteinas importantes na cadeia respiratória

passam elétrons para as quinonas

NADH formado no

citossol durante a

glicólise não pode

transferir diretamente

seus elétrons para os

componentes da cadeia

respiratória

Usa o glicerol 3-P

formado da hidrólise dos

triglicerídeos e liberação

do glicerol e uma

desidrogenase

mitocondrial

Glicerol 3-P desidrogenase (citosolica e mitocondrial) – também

são enzima importantes nessa transferência de elétrons

A quinona reduzida (QH2) difunde-se pela bicamada de

lipídeos da MMI e levar os elétrons ao Complexo III

Quinona (Q) fica reduzida (QH2)por receber elétrons do

NADH (mitocôndria e citosol), FADH2 (TCA) e β-Oxidação

Complexo III – Complexo dos citocromos bc1 ou

ubiquinona:cit c oxidorredutase

Recebe 2e- da quinona e transferem para o citocromo c (1e-) - Ciclo Q

Nesse processo 4 H+ saem da matriz para o espaço intermembranas

Citocromo c

•Proteína solúvel com heme ligado covalentemente

•Associada à superfície externa na MMI por interações

eletrostáticas

•Pode se mover na superfície da MMI e “carregar” os

elétrons até o Complexo IV

Complexo III Complexo IV

Passo final da fosforilação

oxidativa onde 4 cit c doam

os elétrons (1 de cada vez)

para centro CuA que passa

os elétrons para o centro

CuB.

Nesse local ocorre a redução

do O2 em H2O pela

utilização de quatro H+ da

matriz.

Além disso, por um

processo desconhecido 4

íons H+ são bombeados para

o espaço intermembranas

Complexo IV – Citocromo oxidase

Durante a transferência de elétrons na cadeia

respiratória existe um fluxo de prótons para o espaço

intermenbranas e como a MMI é impermeável cria-

se uma diferença de concentração de H+ na MMI

Essa diferença é elétrica e química conserva toda a

energia da transferência de elétrons = força próton motriz

Como esse gradiente eletroquímico e da força

proton motriz pode gerar ATP ?

pH acido e

positivamente

carregado

pH básico e

negativamente

carregado

O fluxo de prótons a favor de seu gradiente fornece

energia para a síntese de ATP via ATP sintase.

Grande complexo

enzimático na

membrana

mitocondrial interna

Apresenta dois

componentes estruturais

F0 (proteína integral da

membrana) e F1 (proteína

periférica de membrana -

matriz)

Catalisa a formação de

ATP a partir de ADP e Pi

acompanhado do fluxo de

prótons do espaço

intermembrana (lado P)

para a matriz (lado N)

Região F0 - 3 subunidades

a, b e c – cadeias na forma

de -hélice, formando um

canal onde ocorre o fluxo

de prótons

Região F1 - 3 subunidades e 3

alternadas em torno de um eixo (γ)

Local da síntese de ATP é na subunidade

Cada subunidade pode assumir 3

configurações diferentes

Um grande afinidade ao ATP, o outro se

liga ao ADP e o terceiro à subunidade γ,

permanecendo vazio.

O fluxo de prótons pela

região F0 faz com que a

subunidade γ se ligue a

diferentes subunidades .

A ligação da cadeia γ

altera a configuração das

outras cadeias

A alteração

conformacional proporciona

a menor afinidade da

unidade pelo ATP,

liberando-o e induzindo a

subunidade vizinha a se ligar

com o ADP e Pi

A configuração -ADP

proporciona a síntese de ATP

Modelo rotacional de catálise explica a

síntese de ATP

Dois sistemas transportadores (antiporte) são importantes na

síntese de ATP

O gradiente

eletroquímico

também é

importante para a

entrada de fosfato

na matriz

mitocondrial

Tarefa Individual (entregar na próxima aula, 18 ou 19/10)

Considerando a teoria Quimiosmótica de síntese

de ATP explique a relação entre a os

transportadores de elétrons e a produção de ATP

1 NADH produz 2,5 ATP

1 FADH2 produz 1,5 ATP

10 minutos e exercício em sala