Fosforilação Oxidativa
Bioquímica para Enfermagem
Prof. Dr. Didier Salmon
MSc. Daniel Lima
Respiração Celular
• Fase aeróbia do
catabolismo
energético
ATP
ADP
1glicose
HQ
2 piruvato
Matriz
Mitocondrial
Citosol
Oxidação da Glicose
• Menor parte do ATP produzido na glicólise
• Maior parte na fosforilação oxidativa, energia proveniente de NADHs e
FADH2s
Um pouco de história...
• Há muito tempo era conhecido um pigmento que também estava
associado ao consumo de O2
– MacMunn (Ingaterra, final do século XIX) – Pigmentos Respiratórios
Miohematina
Histohematina
– Hop Seiler, 1889 – Pigmentos descritos por MacMunn seriam contaminantes
derivados da hemoglobina
– David Keilin, 1920 - Presença ampla dos pigmentos de MacMunn na natureza
• Insetos (músculos torácicos de mosca (Gasterophilus)), vermes, plantas,
leveduras, tecidos humanos, etc…
• Citocromos: Proteínas que tem o heme como grupo prostético
Microespectrofotômetro de Keilin
750
650
600
550
500
a bc d
Linhas de absorção específica
450
400
Pigmentos Respiratórios
Dando continuidade a seu trabalho, Keilin colava insetos, Galleria mellonella
(uma mariposa), numa placa que colocava sob a luz forte de um microscópio,
de maneira que o tórax do inseto ficasse voltado para cima. Sendo o tórax
amarelo, as bandas pretas eram facilmente visualizadas. Os citocromos
apresentam-se como fortes bandas escuras no estado reduzido, enquanto
que no estado oxidado apresentam-se como bandas claras tornando-se
praticamente invisíveis. Você pode prever se as bandas eram visualizadas,
quando:
a) o inseto permanecia em repouso.
b) o inseto começava a vibrar as asas tentando voar.
c) o inseto cessava de se mover e voltava ao repouso.
d) o inseto em repouso era submetido a vapores de KCN.
Transportadores de Elétrons
• Funcionam em complexos ordenados em série
– Podem ser determinados pelas cinéticas de suas oxidações
% citocromo reduzido
O2 Aceptor e-
b
c1
c
N2 + succinato
Doador eTempo (s)
– Acréscimo de O2 após determinado tempo
– Redução dos transportadores
a +d
• O transportador mais próximo do O2 solta seu elétron primeiro (D)
• O mais distante é oxidado por último (B)
Succinato + N2
A
B
C
D
+
B
C
A
D
• Determinação da sequência dos transportadores de elétrons
O2
Transportadores de Elétrons
• Sequência pode ser determinada através da utilização de inibidores
O2
cianeto ou CO
b
% citocromo reduzido
% citocromo reduzido
Antimicina
c1
c
N2 + succinato
a +d
a+d, c, c1, b
N2 + succinato
Tempo (s)
Tempo (s)
Succinato + N2
D
O2
Succinato + N2
A
C
B
D
Antimicina A
+ O2
A
C
B
KCN
+ O2
Transportadores de Elétrons
• Sequência pode ser determinada através da utilização de inibidores
NADH e O2
• A oxidação de NADH está associada ao consumo de O2 (Lehninger)
DPN = NAD+
DPNH2 = NADH + H+
Oxidação do NADH
• A oxidação do
NADH só acontecia
numa determinada
fração celular...
Evidências...
• Havia uma determinada fração celular que era capaz de
“consumir” (oxidar) o NADH.
• Nesta mesma fração celular existiam uns pigmentos
(citocromos) que eram descritos como respiratórios. Tinham
um comportamento diferente na presença de O2, onde eram
oxidados e na presença de succinato se reduziam.
• Havia uma organela na celula que era capaz de oxidar os
NADHs e FADH2s do ciclo de Krebs e que isso rendia ainda
mais ATP que na via glicolítica
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
(10- 15000 daltons)
A Mitocôndria
Mitocôndria de Músculo de
Vôo de Inseto
Mitocôndria de Fígado de Mamíferos
Essência da Fosforilação Oxidativa
Complexo I
Complexo II
Complexo III
Complexo IV
Os Complexos da Cadeia Respiratória
Potencial de Redução
•
Ajuda a prever o movimento dos elétrons
E°’= + O,770 V
•
E°’= + O,159 V
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 pot. de redução e variação de energia livre
50
NADH
12,4 kcal/mol
-0.2
Eo´ (volts)
FMN
0.0
CoQ
b
30
9,2 kcal/mol
+0.2
c1
c
a3
20
+0.4
+0.6
+0.8
•
40
24,8 kcal/mol
10
O2
0
Go´ (kcal/mol relative to O2)
-0.4
Os diferentes coenzimas da cadeia respirátoria têm um E° que vai crescendo
durante o processo de transferência de elétrons, sendo o O2 o aceptor final de
elétrons
Integrando Inibidores e Potenciais de
Redução Padrão
Proteínas Importantes para a
Transferência de Elétrons
• Citocromos
Heme como Grupo Prostético
• O ferro funciona como transportador de elétrons, variando seu estado de
oxidação entre +2 e +3.
Proteínas Importantes para a
Transferência de Elétrons
• Aglomerados Fe-S
Fe-S
Um único íon Ferro
coordenado em tetraedro
com 4 sulfidrilas de 4
cisteinas da proteína
Os aglomerados Fe-S sofrem reação de óxido redução sem
liberar ou captar prótons
2Fe-2S
Contém 2 atómos de Ferro e 2
sulfetos
inorgânicos.
Tais
aglomerados são, geralmente,
coordenados com 4 cisteínas
4Fe-4S
4 atómos de Ferro, 4
sulfetos inorgânicos e 4
cisteínas
Proteínas Importantes para a
Transferência de Elétrons
• Aglomerados Fe-S
Fe-S
2Fe-2S
Complexo III: centro de Rieske –
2 histidinas em vez das cisteínas
4Fe-4S
Complexo I e II
Complexo II: 3Fe-4S