A fosforilação oxidativa (FO) é

o estágio final do

metabolismo produtor de

energia nos organismos

aeróbicos

Nessa etapa toda a energia

produzida (na forma de

carreadores de elétrons) durante

a oxidação dos carboidratos,

lipídeos e aminoácidos e TCA é

utilizada para síntese de ATP

Em eucariotos a fosforilação

oxidativa ocorre na

mitocôndria e envolve a

redução do O2 em H2O.

Glicose / carboidratos

Ácidos graxos

Aminoácidos

Acetil-CoA

Ciclo de Krebs

(NADH e FADH2)

ATP H2O

Fosforilação oxidativa

Como é a mitocôndria?

Membrana

interna

Membrana

externa

Cristas

Matriz

As mitocôndrias possuem duas membranas sendo que

a interna forma cristas para aumentar a superfície de

contato interna com a matriz mitocondrial.

MME – permeável a pequenas

moléculas e íons (poros)

MMI – impermeável a pequenas

moléculas e íons (inclusive H+)

•Componentes da cadeia

respiratória

•Transportadores ADP-ATP

•Outros transportadores de

membrana

•ATP sintase

Matriz

•Complexo piruvato

desidrogenase e coenzimas

•Enzimas do TCA, oxidação

ácidos graxos e aminoácidos

•ATP, ADP, Pi, Mg2+, Ca2+, K+

•Intermediários solúveis

•DNA e ribossomos

O que contém e

quais as

características de

cada

compartimento

mitocondrial?

Enzimas da Via Glicolítica

MME MMI Citosol Matriz

Piruvato

Ácidos graxos

Aminoácidos

Complexo piruvato

desidrogenase

TCA

Oxidação Ac Graxos

e aminoácidos

Transportadores

elétrons reduzidos

(NADH e FADH2)

Cadeia respiratória e

ATP sintase ATP e H2O

MME - Permeável à pequenas moléculas

e íons que se movem através de proteínas

integrais da membrana - porinas

MMI - Impermeável à maioria das

moléculas ( os íons H+), transportadores

específicos para algumas moléculas

Quem são os componentes da cadeia respiratória?

São conjuntos de proteínas integrais de membrana

(MMI) que apresentam grupos prostéticos capazes

de receber e doar elétrons (transportadores).

Quem são essas moléculas transportadoras de elétrons?

Além do NADH e FADH2

Coenzima Q (ubiquinona, plastoquinona, menaquinona)

Citocromos (heme)

Proteínas ferro-enxofre

Tipos de transferência

Transferência direta de elétrons (Fe+3→Fe+2)

Transferência de átomos de hidrogênio (H+ + e-)

Transferência de grupos hidreto (:H-)

Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo

Coenzima hidrossolúvel

Atua junto com as desidrogenases

retirando elétrons nas vias catabólicas

Transporta íon hidreto (2e- e 1H+)

Não passa pela MMI

Tem menor potencial de redução que os

outros componentes da cadeia respiratória

Flavina adenina

dinucleotídeo

Coenzima ligada às flavoproteínas

Transporta 1 ou 2 átomos de H

Podem servir de intermediários nas

reações que doam 2 e- para

receptores que aceitam apenas 1 e-

Coenzima Q

Transportador de

elétrons ligado à MMI

Lipídeo solúvel (possui

longa cadeia isoprenóide

lateral)

Molécula pequena e

hidrofóbica – difunde pela

membrana mitocondrial

interna

Pode aceitar 1 ou dois

átomos de H (2 etapas)

Atua na junção entre

transportadores de um

doador de 2 e- e um

receptor de 1 e-

Citocromos

Transferem elétrons diretamente por redução do Fe3+ a

Fe2+ do grupo heme (anel tetrapirrolico com átomo de

ferro)

Proteínas que tem como característica um absorção

intensa de luz visível – possuem um grupo heme ligado

Quando o grupo

heme está reduzido

pode absorver luz em 2

ou 3 comprimentos de

onda, isso classifica os

citocromos nas

mitocôndrias.

Podem ser divididos em 3 classes

dependendo do espectro de

absorção

Cit b

Cit a

Proteínas integrais

da membrana com

heme ligado, mas

não covalentemente

Cit c Proteína solúvel com

heme ligado

covalentemente

Associada à

superfície externa na

MMI por interações

eletrostáticas

Proteínas ferro-enxofre

Não tem grupo heme, o ferro está ligado à proteína

por associação com átomos de S ou S da cisteína.

Transferem 1 e- em cada átomo de Fe e o potencial

de redução varia com sua estrutura

Tem várias estruturas – nas mitocôndrias existem 8

tipos de proteínas Fe-S

Como funciona a transferência de

elétrons na cadeia respiratório???????

Os elétrons tendem a passar de um composto

com menor afinidade por elétrons (menor

potencial de redução) para um com maior

afinidade (maior potencial de redução).

O que é potencial de redução – medida da afinidade

de um composto por elétrons

Afinidade

por e-

NADH menor E que outros

transportadores da cadeia

respiratório

Oxigênio mais eletronegativo, maior E,

último aceptor de elétrons

Potencial de

redução

Os complexos que constituem a cadeia de

transferência de elétrons nas mitocôndrias são

constituídos por proteínas e moléculas

transportadoras de elétrons (quinonas, FAD, FMN,

citocromos, proteínas ferro-enxofre)

Como ocorre a

transferência de

elétrons na cadeia

respiratória?

Resumidamente:

Como fluem os elétrons

nesses transportadores?

Fluxo vai do componente com

menor potencial de redução para o

de maior potencial de redução

Na cadeia respiratória os

elétron fluem espontaneamente

do complexo I e II para a

coenzima Q.

QH2 funciona como um

transportador móvel de

elétrons que os transfere para o

complexo III.

Complexo III passa os

elétrons para a outra conexão

móvel, o citocromo c,

Cit c transfere os elétrons

para o complexo IV que vão

reduzir o O2

Só recebe elétrons do

NADH da matriz

mitocondrial

Transfere dois

elétrons do NADH e

dois próton (H+) da

matriz para a

ubiquinona

Transfere 4 H+

para o espaço

intermembranas

(bomba de prótons)

Complexo I – NADH:ubiquinona oxidorredutase

ou NADH desidrogenase

Única enzima do TCA que

está ligada à MMI

O FADH2 formado passa o

elétron dos H para a quinona

Complexo II – Succinato desidrogenase

-oxidação

Acil-coA graxo desidrogenase →

primeira enzima da -oxidação

ETF = eletron -

transfering protein

Outra flavoproteina importante na cadeia respiratória recebe

elétrons da oxidação dos ácidos graxos (ETF:Q)

NADH formado no

citossol durante a

glicólise não pode

transferir diretamente

seus elétrons para os

componentes da cadeia

respiratória

Usa o glicerol 3-P

formado da hidrólise dos

triglicerídeos e liberação

do glicerol e uma

desidrogenase

mitocondrial

Glicerol 3-P desidrogenase (citosolica e mitocondrial) – também

são enzima importantes nessa transferência de elétrons

(NADH)

A quinona reduzida (QH2) difunde-se

pela bicamada de lipídeos da MMI e

levar os elétrons ao Complexo III

Complexo III – Complexo dos citocromos bc1 ou

ubiquinona:cit c oxidorredutase

Recebe 2e- da quinona e transferem para o citocromo c (1e-)

Ciclo Q

Nesse processo 4 H+

saem da matriz

para o espaço

intermembranas

Citocromo c

•Proteína solúvel com heme ligado covalentemente

•Associada à superfície externa na MMI por interações

eletrostáticas

•Pode se mover na superfície da MMI e “carregar” os

elétrons até o Complexo IV

Complexo

III Complexo

IV

Passo final da fosforilação

oxidativa onde 4 cit c doam

os elétrons (1 de cada vez)

para centro CuA que passa

os elétrons para o centro

CuB.

Nesse local ocorre a redução

do O2 em H2O pela

utilização de quatro H+ da

matriz.

Além disso, por um

processo desconhecido 4

íons H+ são bombeados para

o espaço intermembranas

Complexo IV – Citocromo oxidase

Durante a transferência de elétrons na cadeia

respiratória existe um fluxo de prótons para o

espaço intermenbranas e como a MMI é

impermeável cria-se uma diferença de

concentração de H+ na MMI

Essa diferença é elétrica e química conserva toda a

energia da transferência de elétrons = força próton motriz

Qual a importância desse gradiente eletroquímico e

da força proton motriz ?

pH acido e

positivamente

carregado

pH básico e

negativamente

carregado

O fluxo de prótons a favor de seu gradiente fornece

energia para a síntese de ATP via ATP sintase.

•Grande complexo

enzimático na membrana

mitocondrial interna

ATP sintase

•Catalisa a formação de

ATP a partir de ADP e Pi

acompanhado do fluxo de

prótons do espaço

intermembrana (lado P)

para a matriz (lado N)

•Apresenta dois

componentes estruturais

F1 (proteína periférica de

membrana - matriz) e F0

(proteína integral da

membrana)

P

N

Região F0 - 3 subunidades a, b e c – cadeias na forma de -

hélice, formando um canal onde ocorre o fluxo de prótons

Região F1 - 3 subunidades e 3 alternadas em

torno de um eixo (γ)

Local da síntese de ATP é na subunidade

Cada subunidade

pode assumir 3

configurações

diferentes

Um conjunto se liga

com grande

afinidade ao ATP, o

outro se liga ao ADP

e o terceiro à

subunidade γ,

permanecendo vazio. Modelo rotacional de catálise explica a

síntese de ATP

•O fluxo de prótons pela

região F0 faz com que a

subunidade γ se ligue a

diferentes subunidades .

•A ligação da cadeia γ altera

a configuração das outras

cadeias

•A alteração conformacional

proporciona a menor

afinidade da unidade pelo

ATP, liberando-o e

induzindo a subunidade

vizinha a se ligar com o ADP

e Pi

•A configuração -ADP

proporciona a síntese de

ATP