Fosforilação OxidativaBioquímica para Enfermagem

Prof. Dr. Didier SalmonMSc. Daniel Lima

Respiração Celular• Fase aeróbia do

catabolismo energético

Matriz Mitocondrial

Citosol 1glicose

2 piruvato

ATP

ADPHQ

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

– 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

MiohematinaHistohematina

Microespectrofotômetro de Keilin

750 650 600 550 500 450 400

Linhas de absorção específica

a b c d

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.

Pigmentos Respiratórios

Transportadores de Elétrons• Funcionam em complexos ordenados em série

– Podem ser determinados pelas cinéticas de suas oxidações

– Acréscimo de O2 após determinado tempo– Redução dos transportadores

% c

itocr

omo

redu

zido

N2 + succinato

Tempo (s)

O2

b

c1

c

Doador e-

Aceptor e-

a +d

A B C D

Succinato + N2

+ O2

AB C D

• O transportador mais próximo do O2 solta seu elétron primeiro (D)• O mais distante é oxidado por último (B)

• Determinação da sequência dos transportadores de elétrons

Transportadores de Elétrons• Sequência pode ser determinada através da utilização de inibidores

O2

% c

itocr

omo

redu

zido

N2 + succinato

Antimicina

b

c1

c

a +d

Tempo (s)

% ci

tocr

omo

redu

zido

N2 + succinato

cianeto ou CO

a+d, c, c1, b

Tempo (s)

O2

D A C B D A C B

Succinato + N2 Succinato + N2

Antimicina A+ O2

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

Membranaexterna

Membranainterna

Permeável a íons e pequenas moléculas(10- 15000 daltons)

Impermeável a maioria das pequenas moléculas e íons, incluindo H+. Componentes:Cadeia respiratóriaADP-ATP trocadorATP sintaseOutros transportadores

Complexo piruvato desidrogenase

Enzimas do ciclo de krebs

Oxidação de ácidos graxos e aminoacidos

ATP, ADP, Mg++, Ca+

+, K+

A Mitocôndria

A Mitocôndria

Mitocôndria de Músculo de Vôo de Inseto

Mitocôndria de Fígado de Mamíferos

Essência da Fosforilação OxidativaComplexo I

Complexo II

Complexo III

Complexo IV

Os Complexos da Cadeia Respiratória

Potencial de Redução • Ajuda a prever o movimento dos elétrons

• 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.

E°’= + O,770 V E°’= + O,159 V

TABELA DE E°’ (Volts)

Variação no pot. de redução e variação de energia livre

Eo ́(v

olts

)

-0.4

-0.2

0.0

+0.2

+0.4

+0.6

+0.8 G

o´(k

cal/m

ol re

lativ

e to

O2)50

40

30

20

10

0

FMN

NADH

CoQ b

c1 c a3

O2

24,8 kcal/mol

9,2 kcal/mol

12,4 kcal/mol

• 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

• O ferro funciona como transportador de elétrons, variando seu estado de oxidação entre +2 e +3.

Heme como Grupo Prostético

Proteínas Importantes para a Transferência de Elétrons

• Aglomerados Fe-S

Fe-S 2Fe-2S 4Fe-4S

Um único íon Ferro coordenado em tetraedro com 4 sulfidrilas de 4 cisteinas da proteína

4 atómos de Ferro, 4 sulfetos inorgânicos e 4 cisteínas

Contém 2 atómos de Ferro e 2 sulfetos inorgânicos. Tais aglomerados são, geralmente, coordenados com 4 cisteínas

Os aglomerados Fe-S sofrem reação de óxido redução sem liberar ou captar prótons

Proteínas Importantes para a Transferência de Elétrons

• Aglomerados Fe-S

Fe-S 2Fe-2S 4Fe-4S

Complexo I e IIComplexo II: 3Fe-4S

Complexo III: centro de Rieske –2 histidinas em vez das cisteínas