TRANSPORTE DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS E ELÉTRONS E
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVAFOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO
• Eventos do processo de transporte de Eventos do processo de transporte de elétrons:elétrons:
• Re-oxidação do NADH e FADH2;Re-oxidação do NADH e FADH2;
• Transferência de elétrons através de Transferência de elétrons através de quatro complexos enzimáticos;quatro complexos enzimáticos;
• Fosforilação Oxidativa.Fosforilação Oxidativa.
Formação de NADH e Formação de NADH e FADH2FADH2
• Formação do NADH citoplasmático;Formação do NADH citoplasmático;
• Formação do NADH Mitocondrial;Formação do NADH Mitocondrial;
• Formação do FADH2 MitocondrialFormação do FADH2 Mitocondrial
Formação do NADH e Formação do NADH e FADH2FADH2
GLICOSE
(2) GLICERALDEÍDO3 - FOSFATO
PIRUVATO
NADH NADH (2)KREBS
NADH
NADH
NADH
FADH2
(2)PIRUVATO
(2)ACETIL CoA
NADH
(n)-O2
NADH
FADH2
(n)ACIL-CoA
MITOCÔNDRIAMITOCÔNDRIA• Membrana Externa contém poros Membrana Externa contém poros
[ ] = Citoplasma. [ ] = Citoplasma.
• Membrana Interna sofre Membrana Interna sofre invaginações formando as cristas. invaginações formando as cristas. Relacionada com capacidade Relacionada com capacidade oxidativaoxidativa
• Espaço Inter-Membrana possui Espaço Inter-Membrana possui gradiente de íons gradiente de íons Importante Importante p/ função Mitocondrial.p/ função Mitocondrial.
• Matrix Mitocondrial possui Matrix Mitocondrial possui [ ] enzimática, DNA, RNA e [ ] enzimática, DNA, RNA e Ribossomos.Ribossomos.
SISTEMAS DE TRANSPORTE SISTEMAS DE TRANSPORTE MITOCONDRIALMITOCONDRIAL
• Sistema de Lançadeiras de Elétrons;Sistema de Lançadeiras de Elétrons;
• Translocador ADP-ATP;Translocador ADP-ATP;
• Transporte de CálcioTransporte de Cálcio
SISTEMAS DE LANÇADEIRA DE SISTEMAS DE LANÇADEIRA DE ELÉTRONSELÉTRONS• Malato – AspartatoMalato – Aspartato • Glicerol - FosfatoGlicerol - Fosfato
SISTEMAS DE LANÇADEIRA SISTEMAS DE LANÇADEIRA DE ELÉTRONSDE ELÉTRONS
• Glicerol-3-Fosfato / FlavoProteína Glicerol-3-Fosfato / FlavoProteína transf. De Elétronstransf. De Elétrons
TRANSLOCADOR ADP - ATPTRANSLOCADOR ADP - ATP• Grande Parte do ATP Grande Parte do ATP
produzido na MITO é utilizado produzido na MITO é utilizado no CITO.no CITO.
• Troca ATP / ADP. O Pi é Troca ATP / ADP. O Pi é trocado pelo H+.trocado pelo H+.
• Gradiente de Prótons 2 Gradiente de Prótons 2 Funções : (1) Funções : (1) TERMODINÂMICA para síntese TERMODINÂMICA para síntese de ATP e, (2) de ATP e, (2) Promove transporte de Promove transporte de matéria prima (ADP e Pi). matéria prima (ADP e Pi).
TRANSPORTE DE CÁLCIOTRANSPORTE DE CÁLCIO• Mitocôndria atua como TAMPÃO Mitocôndria atua como TAMPÃO
p/ Ca++. (p/ Ca++. ( Ca+ CITO Ca+ CITO Ca++ Ca++ MITO) e vice versa.MITO) e vice versa.
• Entrada através da força Entrada através da força elétrica.elétrica.
• Saída através do anti-porte por Saída através do anti-porte por Na+.Na+.
• Papel do Ca++ no Metabolismo.Papel do Ca++ no Metabolismo.
TRANSPORTE DE ELÉTRONSTRANSPORTE DE ELÉTRONS
• Termodinâmica do Transporte de Termodinâmica do Transporte de ElétronsElétrons
• Seqüência do Transporte de ElétronsSeqüência do Transporte de Elétrons
• Complexo IComplexo I
• Complexo IIComplexo II
• Complexo IIIComplexo III
• Complexo IVComplexo IV
SEQÜÊNCIA DO TRANSPORTE SEQÜÊNCIA DO TRANSPORTE DE ELÉTRONSDE ELÉTRONS
• NADH + CoQ-Ox. NADH + CoQ-Ox. NAD + CoQ-Red. ( NAD + CoQ-Red. (G = -69,5 k.j/M)G = -69,5 k.j/M)
• CoQ-Red + Cc-Ox CoQ-Red + Cc-Ox CoQ-Ox + Cc-Red. ( CoQ-Ox + Cc-Red. (G = -36,7 k.j/M)G = -36,7 k.j/M)
• Cc-Red. + 1/2O2 Cc-Red. + 1/2O2 Cc-Ox + H2O ( Cc-Ox + H2O (G = -112 k.j/M)G = -112 k.j/M)
TERMODINÂMICA DO TERMODINÂMICA DO TRANSPORTE DE ELÉTRONSTRANSPORTE DE ELÉTRONS
• NADH NADH NAD + NAD + (-218k.j/M)(-218k.j/M)
• 1 ATP = 30,5 kj/M1 ATP = 30,5 kj/M
• Eficiência de 42%Eficiência de 42%
• FADH2 FADH2 FAD + (-16,4 FAD + (-16,4 k.j/M)k.j/M)
COMPLEXO I (NADH – CoQ) COMPLEXO I (NADH – CoQ) Oxidorredutase Oxidorredutase
COMPLEXO I (NADH – CoQ) COMPLEXO I (NADH – CoQ) Oxidorredutase Oxidorredutase
• FMN e CoQ FMN e CoQ Podem transferir 1 ou 2 Podem transferir 1 ou 2 éé Formar conduto de Formar conduto de éé até os CITOCROMOS. até os CITOCROMOS.
• A partir da transferência de A partir da transferência de éé 4 H+ 4 H+ translocados p/ o espaço Inter-Membrana. translocados p/ o espaço Inter-Membrana.
TRANSLOCAÇÃO DE PRÓTONSTRANSLOCAÇÃO DE PRÓTONS
• H+ liga-se cadeia Aa H+ liga-se cadeia Aa Alteração na Alteração na conformação conformação H+ expostos no lado Inter-M H+ expostos no lado Inter-M Dissociação dos H+ Dissociação dos H+ Alteração Alteração conformação conformação Restauração Original. Restauração Original.
COMPLEXO II (Succinato – COMPLEXO II (Succinato – CoQ) Oxido-redutase CoQ) Oxido-redutase
COMPLEXO II (Succinato – CoQ) COMPLEXO II (Succinato – CoQ) Oxidorredutase Oxidorredutase
• €€ Insuficiente p/ formar ATP Insuficiente p/ formar ATP Importante p/ Importante p/ entrada de entrada de éé por via independente do por via independente do complexo 1.complexo 1.
• A CoQ A CoQ Difundi-se pela Bi-Camada Lipídica Difundi-se pela Bi-Camada Lipídica até os complexos (CAPTAÇÃO de até os complexos (CAPTAÇÃO de éé ) )
COMPLEXO III COMPLEXO III CoQ – Citocromo C – Oxido-CoQ – Citocromo C – Oxido-redutaseredutase
COMPLEXO III (CoQ – COMPLEXO III (CoQ – Citocromo C) Oxido-Citocromo C) Oxido-redutaseredutase
• O caminho de transferência de O caminho de transferência de éé no no Complexo III depende da capacidade de Complexo III depende da capacidade de difusão da difusão da CoQCoQ p/ ligar-se a p/ ligar-se a QQ00 e e QQii
• Oxidação Oxidação CoQHCoQH2 2 2 2 CcCc Red. + 4 H Red. + 4 H++ IM IM
• Cc Cc faz o transporte de faz o transporte de éé na superfície na superfície externa da Membrana (externa da Membrana ( outros outros Citocromos)Citocromos)
COMPLEXO III (CoQ – COMPLEXO III (CoQ – Citocromo C) Oxido-Citocromo C) Oxido-redutaseredutase
COMPLEXO IV- Citocromo-C COMPLEXO IV- Citocromo-C Oxidase Oxidase
COMPLEXO IV- Citocromo-C COMPLEXO IV- Citocromo-C Oxidase Oxidase
• A redução do OA redução do O22 a H a H22O pelo Cc-Oxidase no O pelo Cc-Oxidase no complexo complexo CCa3a3-Cu-CuBB dura dura ~1ms~1ms em em temperatura ambiente.temperatura ambiente.
A REAÇÃO DA CITOCROMO C A REAÇÃO DA CITOCROMO C OXIDASEOXIDASE
• 4 4 éé doados pelo doados pelo CcCc e e 4H4H++ são necessários são necessários para Reduzir Opara Reduzir O22 a a HH22O.O.
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVAFOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
• A Teoria QuimiosmóticaA Teoria Quimiosmótica
• ATP – SintaseATP – Sintase
• A Proporção P/OA Proporção P/O
• Desacoplamento da Fosforilação Desacoplamento da Fosforilação OxidativaOxidativa
ENERGIA DE ACOPLAMENTOENERGIA DE ACOPLAMENTO
• A A €€ liberada pelo transporte de liberada pelo transporte de éé através dos complexos I-IV deve ser através dos complexos I-IV deve ser conservada em uma forma que a conservada em uma forma que a ATP-ATP-sintetasesintetase possa utilizá-la. possa utilizá-la.
A TEORIA QUIMIOSMÓTICAA TEORIA QUIMIOSMÓTICA
• Peter Mitchell 1961 Peter Mitchell 1961 A A €€ da CTE é conservada pelo da CTE é conservada pelo H+ H+ da MATRIZ p/ IM, qual cria um gradiente de H+ através da da MATRIZ p/ IM, qual cria um gradiente de H+ através da Membrana Interna MITO. O potencial ELÉTRO-QUÍMICO é Membrana Interna MITO. O potencial ELÉTRO-QUÍMICO é utilizado p/ formar ATP.utilizado p/ formar ATP.
• 1) Necessita da Memb. MITO intacta1) Necessita da Memb. MITO intacta
• 2) Memb. MITO impermeável a íons 2) Memb. MITO impermeável a íons
• 3) Transporte de é resulta na saída de H+3) Transporte de é resulta na saída de H+ Cria gradiente Cria gradiente ELETRO-QUÍMICOELETRO-QUÍMICO
• 4) Composto q 4) Composto q permeabilidade Memb. aos íons permeabilidade Memb. aos íons dissipam o dissipam o gradiente ELETRO-QUÍMICO. gradiente ELETRO-QUÍMICO.
A TEORIA QUIMIOSMÓTICAA TEORIA QUIMIOSMÓTICA
FORÇA PROTOMOTIVAFORÇA PROTOMOTIVA
• A A €€ SEQÜESTRADA PELO GRADIENTE SEQÜESTRADA PELO GRADIENTE ELETROQUÍMICO RESULTANTE CONDUZ ELETROQUÍMICO RESULTANTE CONDUZ A SÍNTESE DO A SÍNTESE DO ATP.ATP.
• O processo de síntese do ATP é O processo de síntese do ATP é Exergônico.Exergônico.
• AA € € é é utilizada pela ATP-Sintetaseutilizada pela ATP-Sintetase
ATP - SINTASEATP - SINTASE• Composta por 2 unidades Composta por 2 unidades
funcionais : F0 e F1funcionais : F0 e F1
• F0 F0 É um canal de H+ É um canal de H+ transmembrana insolúvel em H2O transmembrana insolúvel em H2O contendo diferentes subunidades.contendo diferentes subunidades.
• F1 F1 Hidrolisa ATP e não sintetisa Hidrolisa ATP e não sintetisa (ATPase)(ATPase)
• As duas unidades estão As duas unidades estão conectadas dando o formato de conectadas dando o formato de uma âncora.uma âncora.
ATP - SINTASEATP - SINTASE
• F1 F1 3 sítios catalíticos (L) = Frouxo; (T) = Firme e (O) = 3 sítios catalíticos (L) = Frouxo; (T) = Firme e (O) = Não os Liga.Não os Liga.
• 3 fases3 fases
• 1) ADP e Pi ligam-se ao sítio frouxo (L)1) ADP e Pi ligam-se ao sítio frouxo (L)• 2) 2) € € Alteração conformacional L-T; T-O e O-L Alteração conformacional L-T; T-O e O-L• 3) ATP sintetizado (T) e dissociado (O)3) ATP sintetizado (T) e dissociado (O)
A PROPORÇÃO P/OA PROPORÇÃO P/O
• Relaciona a quantidade de ATP Relaciona a quantidade de ATP sintezada à quantidade de O2 sintezada à quantidade de O2 Reduzido.Reduzido.
• NADH NADH Complexo I-III-IV = 10 H+ Complexo I-III-IV = 10 H+ 3 ATP 3 ATP
• FADH2 FADH2 Complexo II-III-IV 6 H+ Complexo II-III-IV 6 H+ 2 ATP 2 ATP
• Peter Hinkle Reexaminou a Proporção P/OPeter Hinkle Reexaminou a Proporção P/O
• 2,5 e 1,5 ATP.2,5 e 1,5 ATP.
Formação Total de ATPFormação Total de ATP
DESACOPLAMENTO DA DESACOPLAMENTO DA FOSFORILAÇÃO OXIDATIVAFOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
DNP DNP permeabilidade dos H+ e desacopla permeabilidade dos H+ e desacopla a FosforilaçÃo Oxidativa.a FosforilaçÃo Oxidativa.
CONTROLE DA PRODUÇÃO CONTROLE DA PRODUÇÃO DE ATPDE ATP
• Controle da Fosforilação OxidativaControle da Fosforilação Oxidativa
• Controle Coordenado do Metabolismo Controle Coordenado do Metabolismo OxidativoOxidativo
CONTROLE DA FOSFORILAÇÃO CONTROLE DA FOSFORILAÇÃO OXIDATIVAOXIDATIVA• Reações NADH ao Cc Reações NADH ao Cc Próximas do equilíbrio; Assim Próximas do equilíbrio; Assim
são rapidamente revertidas pela adição do seu são rapidamente revertidas pela adição do seu produto em ATP.produto em ATP.
• Reação Cc Oxxidase é Irreversível e portanto um Reação Cc Oxxidase é Irreversível e portanto um sítio de CONTROLE.sítio de CONTROLE.
• Cc Ox. Cc Ox. Controlada pela Cc Red. , qual depende da Controlada pela Cc Red. , qual depende da Relação [NADH] / [NAD] e [ADP] e [Pi] / [ATP].Relação [NADH] / [NAD] e [ADP] e [Pi] / [ATP].
• Exercício Exercício [ADP] e [Pi] [ADP] e [Pi] [Cc Red.] [Cc Red.] (+) Cc Ox. (+) Cc Ox.
CONTROLE COORDENADO DO CONTROLE COORDENADO DO METABOLISMO OXIDATIVOMETABOLISMO OXIDATIVO
IMPLICAÇÕES FISIOLÓGICAS IMPLICAÇÕES FISIOLÓGICAS DO METABOLISMO AERÓBIODO METABOLISMO AERÓBIO
• Citocromo P450Citocromo P450
• Espécies Reativas de O2Espécies Reativas de O2
• Mecanismos AntioxidantesMecanismos Antioxidantes
CITOCROMO P450CITOCROMO P450
• Hidrolisam Moléculas HIDROFÓBICAS para gerar Hidrolisam Moléculas HIDROFÓBICAS para gerar produtos mais solúveis.produtos mais solúveis.
• Ex. Muitos Substratos da P450 são Lipofílicos, Ex. Muitos Substratos da P450 são Lipofílicos, quais quando acumulados são tóxicos. A quais quando acumulados são tóxicos. A hidroxilaçào causada pelo P450 hidroxilaçào causada pelo P450 Converte em Converte em moléculas mais solúveis para a excreção. moléculas mais solúveis para a excreção.
ESPÉCIES REATIVAS DE ESPÉCIES REATIVAS DE OXIGÊNIOOXIGÊNIO
• Algumas vezes o O2 é reduzido apenas de modo parcial, Algumas vezes o O2 é reduzido apenas de modo parcial, produzindo espécies de O2 que facilmente reagem com produzindo espécies de O2 que facilmente reagem com uma variedades de componentes celulares.uma variedades de componentes celulares.
• Mais Comum é Superóxido O2 + é Mais Comum é Superóxido O2 + é O O22--
• RL RL Aumentam, durante o curso do metabolismo Aumentam, durante o curso do metabolismo oxidativo normal e são, no mínimo parcialmente oxidativo normal e são, no mínimo parcialmente responsáveis pelo processo de envelhecimento.responsáveis pelo processo de envelhecimento.
• RL RL Lesões oxidativas (Membranas, DNA, Lesões oxidativas (Membranas, DNA, Mitocôndrias)Mitocôndrias)
MECANISMOS ANTIOXIDANTESMECANISMOS ANTIOXIDANTES
• Os antioxidantes destroem os RLOs antioxidantes destroem os RL
• A enzima Superóxido Dismutase A enzima Superóxido Dismutase (SOD) catalisa a conversão do 2 (SOD) catalisa a conversão do 2 OO22
- - + + 2H+ 2H+ H H22OO22 + O + O2.2.
• SOD SOD 1 100 Linha de defesa contra RL Linha de defesa contra RL
TECIDO ADIPOSO MARROMTECIDO ADIPOSO MARROM
FIMFIM
PERGUNTASPERGUNTAS
• 1) Pq o NADH citoplasmático forma 1 ATP 1) Pq o NADH citoplasmático forma 1 ATP a menos que o NADH MITOCONDRIAL ?a menos que o NADH MITOCONDRIAL ?
• 2) Que vantagem teríamos se reduzirmos 2) Que vantagem teríamos se reduzirmos o gradiente de prótons na CTE ?o gradiente de prótons na CTE ?
• 3) Qual o papel do Tec. Adiposo marrom ?3) Qual o papel do Tec. Adiposo marrom ?
• 4) Como é feito o controle da fosforilação 4) Como é feito o controle da fosforilação oxidativa ?oxidativa ?