Fosforilação Oxidativa

A respiração celularFase aeróbica do catabolismo de carboidratos, lipideos, proteinas

Ao nível macroscópico, a respiração se refere as trocas gasosas entre um organismo multicelular e seus meio ambiente (O2 consumido e CO2 produzido)

Mitocôndria

Citosol 1 Glicose

2 Piruvato

2 ADP2 ATP

HK

Rendimento de ATP pela oxidação incompleta da Glicose

Apenas uma pequena parte da energia está aproveitada durante a glicólise (2ATP)

Rendimento de ATP pela oxidação completa da Glicose

O resto da energia (cerca de 90%) é obtida pela oxidação completa do piruvatopelo oxigênio via oxidação das coenzimas da cadeia respiratória.

Nas três etapas de oxidação de glicose, os elétrons são poduzidos por desidrogenases que utilizam como coenzimas NAD+ ou FAD.

“A oxidação de NADH está associada ao consumo de O2”Lehninger

DPNH2 = NADH + H+

DPN = NAD+

1920 - David Keilin Presença ampla dos pigmentos de MacMunn na naturezaInsetos (músculos torácicos de mosca (Gasterophilus) vermes, plantas, leveduras, tecidos humanos, etc …

Citocromos !

Microespectrofotometro de Keilin

Inglaterra, Final do século XIX - MacMunn Pigmentos respiratórios

em músculos e outros tecidos (hematina intracelular)Reduzido – 4 bandas de absorçãoOxidado – Nenhuma banda

Além disso há muito tempo era conhecido um pigmento que também estava associado ao consumo de O2

MiohematinaHistohematina

1889, Hop Seiler – pigmentos de MacMunn eram contaminantes derivados da hemoglobina …

Proteínas com heme como grupo prostético

Evidências...

Havia uma organela na célula que era capaz de oxidar os NADH’s e FADH2 do ciclo de Krebs. Nesta mesma fração celular existiam

uns pigmentos (citocromos) que eram descritos como respiratórios. E que isso rendia ainda mais ATP que na via

glicolítica.

Rendimento de ATP pela oxidação completa da Glicose

Quando as substâncias estão conectadas por um fio de metal em um circuito elétrico os elétrons fluem da substância com o potencial de redução mais baixo

para o com o potencial de redução mais alto

Potencial de redução (E°’) Permite prever o movimento de elétrons entre diferentes compostos.

TABELA DE E°’ (Volts)

Variação no potencial de redução e variação de energia livre

Membranaexterna

A mitocôndria...

Membranainterna

Permeável a íons e pequenas moléculas

Impermeável a maioria das pequenas moléculas e íons, incluindo H+. Componentes:Cadeia respiratóriaADP-ATP trocadorATP sintaseOutros transportadores

Complexo piruvato desidrogenase

Enzimas do ciclo de krebs

Oxidação de ácidos graxos e aminoacidos

ATP, ADP, Mg++, Ca++, K+

Mitocôndria de músculo de vôo de inseto

Mitocôndria de fígado de mamíferos

Renata Gonçalves

Mecanismos de transporte – Translocadores e Sistemas de lançadeira

A membrana interna da mitocôndria, ao contrário da membrana externa (10 – 15000 daltons), é impermeável a compostos com carga elétrica e íons inclusive a coenzima NADH/NAD+ e acetilCoA. Existem sistemas transportadores na membrana interna para garantir o transporte e o acesso de metabólitos à matriz mitocôndria.

ATP/ADP translocase: a mais abondante na mb: representa 15% do conteudo proteico total da mb interna da mitocôndria

Malato

ADP

Pi

Acidos dicarboxilicos(malato, succinato e fumarato, ...)

Acidos tricarboxilicos(Citrato ou isocitrato)

piruvato

glutamato

2Na+

Ca++

ATP

OH-

Pi ou Acidos dicarboxilicos

Malato

aspartato

Ca++

Como a membrana interna da mitocôndria é impermeável a NADH e NAD+, a oxidação destes compostos não pode ser feita diretamente pela cadeia de transporte de elétrons. Os

elétrons são transferidos para um composto citosólico, que transporta os elétrons na matriz mitocondrial, onde é oxidado. O composto oxidado retorna ao cistosol, permitindo a continuidade do processo. Sistema de Lançadeira.

Existe diferente tipos de lançadeira. Existe assim um “pool” mitocondrial de NADH e um pool cistosólico de NADH

Lançadeira Malato-Aspartato

Lançadeira glicerol 3 fosfato

Essência da fosforilação oxidativa

Eo ´ (v

olts

)

-0.4

-0.2

0.0

+0.2

+0.4

+0.6

+0.8 Go´

(kca

l/mol

rela

tive to

O2)50

40

30

20

10

0

FMN

NADH

CoQ b

c1 c a3

O2

24,8 kcal/mol

9,2 kcal/mol

12,4 kcal/mol

As diferentes coenzimas da CR têm um E° que vai

crescente durante o processo de transferência de elétrons, o

O2 sendo o aceptor terminal de elétrons

Complexo INADH : ubiquinona oxidoredutase

Complexo IISuccinato desidrogenase

Complexo IIIUbiquinona:citocromo c oxidoredutase

Complexo III e o ciclo Q

Dois e- a partir de QH2 reduzem 2 moléculas de citocromo c.e 4 H+ são translocados para o espaço intermembranoso: dois do QH2 na primeira volta do ciclo e dois do QH2 na segunda volta

Complexo IV

ROS- Espécies reativas de oxigênio

Doenças que podem ser vinculadas a lesão por ROS

ATP sintase

F1Fo-ATP sintase

rotor

estator

Microscopia crioeletrônica

Teoria quimiosmótica de Mitchell

Transporte exergônico de H+ acoplado a síntese endergônica de ATP

A F1Fo ATP sintase converte parte da energia quimiosmótica em trabalho mecânico

Desacopladores O desacoplamento ocorre principalmente no tecido adiposo marrom

Rato

Inibidores da cadeia transportadora de

elétrons

Regulação da via de produção de ATP

FO regulada pela disponilidade de Substratos