Os Complexos da Cadeia Respiratória

Complexo I• NADH Desidrogenase

• Transferência exergônica de um :H- (NADH) à ubiquinona

• Transferência endergônica de 4 prótons para o espaço intermembranas

*:H- = 2 elétrons e 1 próton

Complexo II• Succinato Desidrogenase

Complexo II

Primeira enzima que catalisa a beta-oxidação dos ácidos geaxos

Ubiquinona ou Coenzima Q• Quinona com uma longa cadeia lateral isoprênica

• Desempenha um papel central no transporte dos elétrons acoplado ao movimento dos prótons

Complexo III• Ubiquinona:citocromo c oxidorredutase

Ciclo Q• Uma molécula de QH2 reduz duas moléculas de citocromo

– Bifurcação do fluxo de elétrons da QH2 para os citocromos c1 e b, permitindo o bombeamento de prótons da matriz para o espaço intermembranas.

– A QH2 transfere um dos elétrons para a proteína Fe-S liberando dois prótons no espaço intermembranas e produzindo Q-.

– A proteína Fe-S reduz o citocromo c1, enquanto a Q- transfere os elétrons restantes para o citocromo b, produzindo uma Q oxidada.

– Q oxidada recebe o elétron novamente do citocromo b, revertendo-se à forma Q-

– No ciclo 2, outra QH2 reduzida, provinda do complexo I repete as etapas anteriores. Esse segundo elétron reduz a Q- produzido no primeiro ciclo, produzindo QH2

– Para cada 2 QH2 que entram no ciclo Q, uma QH2 é regenerada

Ciclo Q

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

Complexo IV• Citocromo Oxidase

Transferência dos Elétrons para o Oxigênio

ROS - Espécies reativas de oxigênio

Doenças que podem ser vinculadas a lesão por ROS

Translocadores e Lançadeiras• A membrana interna da

mitocôndria é impermeável a compostos com carga elétrica e íons

– Coenzima NADH/NAD+ e acetil-CoA.

• Sistemas transportadores na membrana interna para garantir o transporte e o acesso de metabólitos entre matriz e citosol.

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++

ATP/ADP translocase : a mais abondante na mb : represente 15% do conteudo proteinico tatal da mb interna da mitocôndria

Fosfato translocase : coadjuvente da nucleotídio translocase

Lançadeiras

• 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.

– Existe assim um “pool” mitocondrial de NADH e um pool cistosólico de NADH

• Elétrons transferidos para um composto citosólico, que transporta os elétrons

para a matriz mitocondrial, onde é oxidado.

• O composto oxidado retorna ao citosol– Sistema de Lançadeira. Existe diferente tipos de lançadeira.

• Malato-Aspartato e Glicerol-3-fosfato

Glicose + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi 2Piruvatos + 2NADH + H+ + 2ATP + H2O

Citosol

Lançadeira Malato-Aspartato• NADH citosólico reduz o OAA • O malato penetra na

mitocôndria, onde é oxidado– Enzima que utiliza o

NAD+ como coenzima. • O OAA não atravessa a

membrana interna– Recebe o grupo amino

do glutamato• Aspartato.

• Aspartato sai da mitocôndria• No cistosol é regenerado em

OAA .• A passagem do malato e

aspartao através da membrana interna é efetuada via os translocadores (glutamato-Asp e de ácidos dicarboxílicos).

A lançadeira malato-aspartato existe nas células cardíacas e hepáticas

Lançadeira Glicerol-3-fosfato

A lançadeira glicerol 3 fosfato existe nos músculos esq. e no cérebro

Substratos

Inibidores

Bandas escuras

Bandas claras

Formação de ATP

Q O2

NADH CN-, CO, NaN3

a, b, c -- -- --

NADH Rotenona ou amital

-- -- -- --

NADH Antimicina A

b -- -- --

FADH2 Rotenona ou amital

a, b, c a, b, c 2 ATP/O Sim

NADH -- a, b, c a, b, c 3 ATP/O SimFADH2 -- a, b, c a, b, c 2 ATP/O SimÁcido

ascórbico-- a a 1 ATP/O Sim

O que você proporia para justificar a formação diferenciada de ATP a partir de NADH e FADH2 como substratos?

ATP Sintase

ATP Sintase• Localizada na membrana mitocondrial interna

Teoria Quimiosmótica• Peter Mitchell

• Um gradiente eletroquímico impulsiona a síntese de ATP• Transporte exergônico de H+ acoplado a síntese endergônica de ATP

Ciclo Catalítico da ATP Sintase• Proposto por Paul Boyer

A porção F1 sintetiza o ATP

F (Frouxo)

A

T (Tenso)

(Aberto)

Síntese de ATP ocorre em um ambiente hidrofóbico

O gradiente de prótons fornece a energia necessária para liberar o ATP sintetisado da supefície da enzima

Trabalho Mecânico• FoF1 ATP Sintase converte parte da energia quimiosmótica em trabalho

mecânico

• Filamento de actina ligado a subunidade Fo mostrando sua rotação.

Importância do Gradiente de Prótons

• Um gradiente eletroquímico artificialmente imposto pode gerar a síntese de ATP na ausência de um substrato oxidável como doador de elétrons

Em resumo...

Desacopladores• Consumo de oxigênio sem associação com síntese de ATP

Desacoplamento resulta em Calor• Ocorre principalmente no tecido

adiposo marrom– Presente, principalmente, na região cervical

de neonatos

• Proteína desacopladora (UCP, também conhecida como termogenina)

Regulação Integrada

• ATP Sintase regulada pela disponibilidade de ADP e Pi