Fosforilação Oxidativa
A respiração celular
Fase 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)
2 ADP 1
2 ATP
2 Piruvato
Glicose
HK
Mitocôndria
Citosol
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 piruvato
pelo 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+
Além disso há muito tempo era conhecido um pigmento que também estava associado
ao consumo de O2
Inglaterra, Final do século XIX - MacMunn
Reduzido – 4 bandas de absorção
Oxidado – Nenhuma banda
Pigmentos respiratórios
Miohematina
Histohematina
em músculos e outros tecidos (hematina intracelular)
Microespectrofotometro de Keilin
1889, Hop Seiler – pigmentos de MacMunn eram contaminantes
derivados da hemoglobina …
1920 - David Keilin
Presença ampla dos pigmentos de MacMunn na natureza
Insetos (músculos torácicos de mosca (Gasterophilus)
vermes, plantas, leveduras, tecidos humanos, etc …
Citocromos !
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
Potencial de redução (E°’)
Permite prever o movimento de elétrons entre diferentes compostos.
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
TABELA DE E°’ (Volts)
Variação no potencial de redução e variação de energia livre
A mitocôndria...
Membrana
interna
Impermeável a maioria das
pequenas moléculas e íons,
incluindo H+. Componentes:
Cadeia respiratória
ADP-ATP trocador
ATP sintase
Outros transportadores
Membrana
externa
Complexo piruvato
desidrogenase
Enzimas do ciclo
de krebs
Oxidação de ácidos graxos
e aminoacidos
ATP, ADP, Mg++, Ca++, K+
Permeável a íons e
pequenas moléculas
Mitocôndria de músculo de
vôo de inseto
Renata Gonçalves
Mitocôndria de fígado de
mamíferos
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.
ADP
ATP
Pi
Acidos dicarboxilicos
(malato, succinato e
fumarato, ...)
Acidos tricarboxilicos
(Citrato ou isocitrato)
piruvato
glutamato
OHPi ou Acidos
dicarboxilicos
Malato
Malato
aspartato
2Na+
Ca++
Ca++
ATP/ADP translocase: a mais
abondante na mb: representa
15% do conteudo proteico total
da mb interna da mitocôndria
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
50
NADH
12,4 kcal/mol
-0.2
Eo´ (volts)
FMN
0.0
40
CoQ
b
30
9,2 kcal/mol
+0.2
c1
c
a3
20
+0.4
+0.6
+0.8
24,8 kcal/mol
10
O2
0
Go´ (kcal/mol relative to O2)
-0.4
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 I
NADH : ubiquinona oxidoredutase
Complexo II
Succinato desidrogenase
Complexo III
Ubiquinona: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
estator
rotor
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