Universidade  Federal  do  Rio  de  Janeiro  Ins1tuto  de  Química  

Departamento  de  Bioquímica    

Metabolismo  Aeróbico:  RESPIRAÇÃO  CELULAR  

 •  Ciclo  de  Krebs  •  Cadeia  Transportadora  de  Elétrons  (CTE)  •  Fosforilação  oxida@va  

q ATP  é  consumido  e  produzido  durante  todo  o  tempo  

q Nas  células  musculares  há  concentração  de  ATP,  mas  em  níveis  limitados  

Três  mecanismos  (sistemas)  levam  à  síntese  de  ATP:  

q Fosfocrea@na  –  ATP  q Glicólise  anaeróbica  q Metabolismo  aeróbico  

 • Membrana  externa    Permeável  a  moléculas  pequenas  e  íons    • Membrana  interna    Impermeável  a  moléculas  pequenas  e  íons  Cadeia  respiratória    Complexo  ATP  sintase  Outros  complexos  transmembrana  

• Matriz    Complexo   piruvato   desidrogenase,   enzimas   do   ciclo   de   Krebs   e  enzimas   da   via   da   β   oxidação   de   ácidos   graxos   e   oxidação   de  aminoácidos  

 

MITOCÔNDRIAS  

Piruvato  desidrogenase  q  Piruvato  sofre  descarboxilação  oxida@va  para  formar  ace@l-­‐CoA  e  NADH  e  CO2  

q  Piruvato  desidrogenase  usa  diversas  coenzimas  q  É  finamente  regulada  (alosteria  e  fosforilação)  

Ciclo  de  Krebs  ou  Ciclo  dos  ácidos  tricarboxílicos  (TCA)  

q  Piruvato  (na  verdade,  ace0l  CoA)  vindo  da  glicólise  é  degradado  a  CO2  (duas  moléculas)  

q  Produção  de  ATP  (na  verdade,  2  GTP  –  parecido  com  ATP)  

q  Produção  de  NADH  e  FADH2  

Citrato  sintase  

2  C   4  C   6  C  

Citrato:  integrando  vias  dis1ntas  

Fonte  de  poder  redutor  para  síntese  

Fonte  para  geração  de  energia  ATP  

Regulador    

Fonte  de  carbono  para  síntese  

Isomerização  do  citrato  em  isocitrato  (6  C)  

Oxidação  do  isocitrato  (6  C)  em  a-­‐cetoglutarato  (5  C)  

Oxidação  do  a-­‐cetoglutarato  (5  C)  em  succinil  CoA  (4  C)  (molécula  de  alta  energia)  

Conversão  do  succinil  CoA  (4  C)  em  succinato  (  4C)  e  síntese  de  GTP  (~  ATP)  

Oxidação  de  succinato  em  fumarato;  síntese  de  FADH2;  única  enzima  que  está  na  membrana  da  mitocôndria  (Complexo  II  da  CTE)  

Hidratação  de  fumarato  a  malato  

Oxidação  de  malato  a  oxaloacetato;  regeneração  do  oxaloacetato  (VIA  CÍCLICA)  

Regulação do Ciclo do Ácido Cítrico

Regulação na formação de Acetil-CoA

Regulação na entrada de Acetil-CoA (NADH também inibe)

Regulação no ciclo

Oxidação  de  aminoácidos  

O  Ciclo  de  Krebs  é  uma  via  anfibólica    (serve  tanto  à  degradação  quanto  à  síntese  de  outras  moléculas)  

Síntese  

Ciclo  de  Krebs  par@cipa  da  síntese  de  glicose  de  novo  (gliconeogênese)  

Respiração  Celular  

q  Coenzimas   reduzidas   (NADH   e   FADH2)   transferem   os   elétrons   para   transportadores  (outras  moléculas)  que  estão  na  membrana  interna  mitocondrial.  Essa  energia  leva  a  um  bombeamento   de   prótons,   gerando   diferença   de   concentração   de   H+   na   membrana  interna  da  mitocôndria  

q  Fosforilação  oxida@va:  Gradiente  de  prótons  dirige  a  síntese  de  ATP;  O2  como  aceptor  final  dos  elétrons  (é  reduzido  a  H2O)  –  EVENTOS  ACOPLADOS  

Cadeia  transportadora  de  elétrons  e  fosforilação  oxida0va  

FOSFORILAÇÃO  OXIDATIVA  

Como  o  ATP  é  sinte1zado??  

Reações  de  oxi-­‐redução  ocorrem  na  presença  de  um  aceptor  final  externo  de  elétrons  

(oxigênio,  O2)  

Oxidação  total    do  composto  orgânico    

CO2  e  H2O  

O  ATP  é  produzido  por  fosforilação  oxida@va      →    formação  de  um  potencial  eletroquímico    transmembrana  é  a  força  motriz  para  a  síntese  de  ATP  via  enzima  específica  (ATP  sintase)  

COMO  O  ATP  É  SINTETIZADO?  Componentes  envolvidos  na  síntese  de  ATP:  

1.  Cadeia  transportadora  de  elétrons  2.  Complexo  ATP  sintase  

Cadeia  transportadora  de  elétrons   Síntese  de  ATP  

CADEIA  TRANSPORTADORA  DE  ELÉTRONS  

•  Definição        Transportadores  transmembrana  que  agem  sequencialmente,  sendo   a   maior   parte   deles   proteínas   integrais   com   grupos  prosté@cos  capazes  de  doar  ou  aceitar  elétrons  

         

 

•  Localização  →  membrana  interna  das  mitocôndrias  

•  Quatro  complexos  de  proteínas  presentes  na  membrana  interna  (I,  II,  III  e  IV)  

•  Coenzima  Q  (ubiquinona)  coenzima  lipídica  (isoprenóide)  e  citocromo  C  (hidrossolúvel)  –  móveis  na  membrana  

 

Transporte  de  elétrons  

COMPONENTES  DA  CADEIA    

–  Flavoproteínas  (FAD  e  FMN)  –  NAD  (nico@namida  adenina  dinucleokdeo)  –  Ubiquinona  (Coenzima  Q)  –  Citocromos  –  Proteínas  ferro-­‐enxofre                            

COMPLEXOS  TRANSPORTADORES  SUPRAMOLECULARES  

–  Complexo  I  (NADH  desidrogenase):  NADH  →  ubiquinona  –  Complexo   II   (succinato   desidrogenase):   FADH2   →  ubiquinona  

–  Complexo   III   (citocromo   oxirredutase)   :   ubiquinona   →  citocromo  C  

–  Complexo  IV  (citocromo  oxidase):  citocromo  C  →  O2  

*  ATP  sintase  

Teoria  Quimiosmó0ca  

F0 – Canal por onde passam os prótons

F1 - Região onde ocorre a catálise

q  E O NADH PRODUZIDO EM OUTROS COMPARTIMENTOS?

LANÇADEIRA  MALATO-­‐ASPARTATO  Transfere  o  elétron  do  NADH  de  fora  para  dentro  da  mitocôndria  

GLICEROL-­‐3P  DESIDROGENASE  Transfere  o  elétron  do  NADH  para  um  FADH2  

Venenos  inibidores  da  via  

Venenos  e  desacopladores  (produção  de  calor)  TERMOGENINA  NA  MEDULA  MARROM