Aula4 ct eletrons2014
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Transcript of Aula4 ct eletrons2014
“Queima” da glicose em um experimento
Energia liberada da glicose
(como calor e luz)
100%
Energia liberada da glicose
transformada em ATP
“Queimando” glicosena respiração celular
~40%
Energia da gasolina
convertida em movimento
Queima da gasolinaem um motor de carro
25%
Glicólise
Ciclo do Ácido Cítrico
Cadeia transportadora de
elétrons/fosforilação
oxidativa
Glicose Oxigênio Dioxido de Carbono
água Energia
Perda de átomos de hidrogênio
Glicose
Ganho de atomos de hidrogênio
Energia
Elétrons são transportados por coenzimas reduzidas
Elétrons são passados por uma cadeia de proteínas e
coenzimas, organizadas em sequência na membrana interna
mitocondrial (CTE).
A passagem dos elétrons pela CTE dirige a geração de um
gradiente de prótons através da membrana interna
mitocondrial
Fosforilação oxidativa é o processo de síntese de ATP
FO ocorre na membrana interna mitocondrial em
consequência do transporte de elétrons.
É o gradiente de prótons que dirige a síntese de ATP pela ATP
sintase
Isto tudo acontece na membrana interna mitocondrial
NADH.HNADH.H++
FADHFADH22
NADH.HNADH.H++
FADHFADH22
NADH reduzido
2 e-
2 H+
NAD+ oxidado
Adenina
2H+; 2e-
NADH.HNADH.H++
FADHFADH22
NADH.HNADH.H++
FADHFADH22
Quatro complexos proteicos na membrana interna
mitocondrial
Uma coenzima lipossolúvel (UQ, CoQ) e uma proteína
hidrossolúvel (citocromo c) são as pontes entre os complexos
proteicos (componentes móveis)
Complexo 1- NADH – Coenzima Q (CoQ) Redutase (oxiredutase)
Complexo 2- Succinate-CoQ Redutase
Complexo 3- CoQ-Citocromo c Redutase
Complexo 4- Citocromo c Oxidase
Coenzima Q – CoQ
-tb chamada de ubiquinona (UQ)
Citocromo c – cit.c
Elétrons geralmente perdem energia ao longo da cadeia
Isto é determinado pelo potencial de redução (ou potencial redutor)
destes componentes da CTE
Os componentes da CTE estão organizados do maior potencial de
redução para o menor potencial de redução
Alto Eo' indica uma forte tendência de ser reduzido ou ganhar elétrons
Equação crucial:∆Go' = -nF ∆ Eo'
∆Eo' = Eo'(aceptor) - Eo'(doador)
Elétrons são doados pela metade da reação com um potencial de
redução mais negativo e são aceitos pela reação com um potencial
de redução mais positivo: ∆ Eo’ positive, ∆ Go' negative
Q
Complexo I
Complexo III
Complexo IV
Complexo II
o Componente móvel da CTE
o Hemeproteína
Fe++
ou NADH-CoQ oxirredutase NADH-CoQ oxirredutase
Ou NADH desidrogenase
Transfere elétrons do NADH para a CoQ
Formado por mais de 30 subunidades proteicas – massa molecular de 850 kD
Caminho dos elétrons no complexo:
NADH FMN Fe-S UQ FeS UQ
Quatro H+ são bombeados por cada 2e- transportados
ou Succinato-CoQ RedutaseSuccinato-CoQ Redutase
succinato desidrogenase (do CAC!)
flavoproteina 2 (FP2) - FAD covalentemente ligado
Quatro subunidades, incluindo 2 proteínas Fe-S
Três tipos de agregados Fe-S:
4Fe-4S, 3Fe-4S, 2Fe-2S
Caminho dos elétrons: succinato FADH2 2Fe2+ UQH2
Reação líquida:
succinato + UQ fumarato + UQH2
ouou CoQ-Citocromo c Redutase CoQ-Citocromo c Redutase CoQ passa elétrons para o cit. c (e bombeia H+) em um ciclo redox único
conhecido como Ciclo Q
A principal proteína trans-membrana no complexo III é o citocromo b - com
hemes bL e bH
Citocromos, como o Fe nos agregados Fe-S, são agentes de transferência
de um elétron
UQH2 é um carreador de elétron lipossolúvel
Cit. c é um carreador de elétron hidrossolúvel
ouou Citocromo c Oxidase Citocromo c Oxidase Elétrons do cit.c são usados em uma redução de 4 elétrons que produz 2H2O a
partir de 1 O2 :
½ O2 + 2H+ + 2e- H2O
Oxigênio é, portanto, o aceptor final de elétrons da CTE
Citocromo c oxidase utiliza 2 hemes (a e a3) e 2 sítios de cobre
Complexo IV também bombeia prótons (H+)
UQH2 + 2H+dentro + 2 cit. c ox. 4 H+
fora + 2 cit. c red. + UQ
Complexo III
citocromo bc1
Ubiquinona ou coenzima Q3
Complexo II
succinato desidrogenase
Ubiquinona ou coenzima Q
FADH2
2
Succinato FADH2 2Fe2+ UQH2
Complexo IV
citocromo a.a3
ou citocromo oxidaseCitocromo c
O2
4
4 citocromo c (red.) + 4H+ + O2 4 citocromo c (ox.) + 2 H2O
Complexo I
NADH desidrogenase
Ubiquinona ou coenzima Q
NADH.H+
1
NADH FMN Fe-S UQ Fe-S UQ
Acoplamento foi um mistério por muitos anos Muitos bioquímicos desperdiçaram suas carreiras procurando por um
“intermediário de alta energia"
Peter Mitchell propôs uma nova idéia:
Um gradiente de prótons através da membrana interna mitocondrial
pode ser usado para dirigir a sintese de ATP
Mitchell foi ridicularizado, mas a hipótese quimiosmótica ganhou o prêmio Nobel
O fluxo de elétrons do NADH.H+ até o O2 é um processo exergônico:
NADH + O2 + H+ H2O + NAD+ ∆G0 = -52,6kcal/mol
Essa energia livre de oxidação é usada para a síntese de ATP:
ADP + Pi + H+ ATP + H2O ∆G0 = +7,3 kcal/mol
Pergunta: Quantos ATPs é possível sintetizar com a energia liberada durante o fluxo de elétrons?
O gradiente de pH e o potencial de membrana constituem uma força
próton-motriz que é usada para impulsionar a síntese de ATP
Quem usa essa força próton-motriz é a ATP sintase
Teoria Quimiosmótica (1961) Peter Mitchell –
Prêmio Nobel de Química em 1978
Difusão de prótons através da proteína dirige a síntese de ATP!!!!
Dois domínios: F1 e F0 (originalmente “F-o” por sua inibição pela
oligomicina)
Racker & Stoeckenius confirmaram a hipótese de Mitchell
usando vesículas contendo ATP sintase e bacteriorhodopsin
Paul Boyer’s binding change mechanism compartilhou o prêmio
Nobel de Quimica de 1997
Neste experimento Walther Stoeckenius e Efraim
Racker, usaram bacteriorodopsina, uma bomba de
prótons dependente de luz, inserida em uma vesícula
contendo ATPase purificada de mitocôndrias de
coração bovino. Quando iluminado, este sistema
sintetiza ATP !!!! Explique.
Na presença do gradiente de prótons:
Na ausência do gradiente de prótons:
é liberado
Ligado à enzima
Ligado à enzima
Rotenona inibe o Complexo I – e ajuda índios da
Amazônia a caçar peixes!
Cianeto, azida e CO inibem o Complexo IV, ligando
fortemente a forma férrica (Fe3+) de a3
Oligomicina e DCCD são inibidores da ATP sintase
Desacoplando o transporte de e- e a fosforilação oxidativa
Desacopladores rompem o acoplamento entre CTE e FO, dissipando
o gradiente de prótons
Desacopladores são moléculas hidrofóbicas com um próton
dissociável
Eles atravessam a membrana levando protons de volta, para dissipar
o gradiente
ATP deve ser transportado para for a da mitocondria
ATP fora, ADP dentro - "translocase"
Movimento do ATP para fora é favorecido, porque o citoplasma é "+" em relação a
"-" matriz
Mas um ATP fora e um ADP dentro isignifica o movimento de uma carga negativa
para fora - o equivalente a um H+ entrando
Assim cada ATP transportado para for a custa um H+
A sintese de um ATP custa 3 H+
Assim, para fazer e exportar: 1 ATP = 4H+
i.e., Quantos ATPs são produzidos por par de elétrons na CTE?
CTE forma 10 H+ bombeados por par de elétrons do NADH até o oxigênio
4 H+ fluem de volta para a matriz por ATP transportado para o citoplasma
10/4 = 2,5 para elétrons entrando como NADH
Para eletrons entrando como succinato (FADH2), por volta de 6 H+ são
bombeados por par de eletrons até oxoigênio
6/4 = 1,5 para os eletrons entrando como sucinato (FADH2)
“Sistemas de lançadeiras" efetuam o movimento de elétrons sem
realmente carregar NADH.H+ :
1. Lançadeira do Glicerofosfato 1. Lançadeira do Glicerofosfato estoca elétrons no glicerol-
3P, que transfere elétrons para o FAD
2. Lançadeira Malato-aspartato2. Lançadeira Malato-aspartato usa malato para
transportar elétrons através da membrana
1.Lançadeira do Glicerofosfato 1.Lançadeira do Glicerofosfato
2. Lançadeira Malato-aspartato2. Lançadeira Malato-aspartato
citoplasma
Matriz mitocond
rial
Depende de que lançadeira é usada!
30 ATP por molécula de glicose se a lançadeira glicerol-3-P é usada32 ATP por molécula de glicose se a lançadeira malato-asp é usada
Em bactéria - sem mitocôndria – nenhum H+ extra é usado para exportar ATP para o citoplasma, assim:
10/3 = ~3ATP/NADH
6/3 = ~ 2ATP/FADH2
Electron Transport System (Electron Transport System.EXE)
http://youtu.be/QeHCAFKaWM8
A velocidade da fosforilação oxidativa é determinada pela
necessidade de ATP (nível de ADP) e pela disponibilidade
de NADH.
A regulação da velocidade da Fox pelo nível de ADP é
chamada de controle respiratório
Disponibilidade de O2
Pode-se fazer um curto circuito do gradiente de prótons para gerar calor - DNP.
Termogenina, também chamada de proteína desacopladora em tecido adiposo marrom (mamíferos
em hibernação e alguns animais recém-nascidos.
Dimero de subunidades de 33 kDa que se assemelha a translocase ADP-ATP
Esta proteína forma uma via de fluxo de protons do citoplasma para a matriz mitocondrial
Um tipo de repolho usa um mecanismo semellhante para aquecer suas espigas florais, aumentando
a evaporação de moléculas odoríferas que atraem insetos para fertilizar suas flores.
A redução do oxigênio por um elétron produz um O2-
Isso acontece fisiologicamente durante a CTE
Radicais de oxigênio podem ser gerados e causar um desequilíbrio
chamado estresse oxidativo
ROS Anti-ox
Hypoclorous acid
Cl-
Fe+2
SOD
Polyunsaturated fatty acids Lipid Hydroperoxides
catalase
H2O+ 1/2 O2
β-caroteno radical
GSH GSSHSe-Glutathione Peroxidase
H2O
NADPHNADP Glutathionereductase
β-caroteno
α-tocoferol
OH
α-tocoferol O.
O. I. Arouma (1994) J. Nutr. Biochem.5:370
http://www.youtube.com/watch?v=3y1dO4nNaKY
http://www.youtube.com/watch?v=-Gb2EzF_XqA
https://www.youtube.com/watch?v=rGaP9nE8d9k