AULA 2- Cadeia de transporte de elétrons e fosforilação oxidativa-1.pptx

Datas das avaliações:
10/05/2021: 1ª avaliação;
14/06/2021: 2ª avaliação.
Conteúdo programático para hoje!
 Cadeia transportadora de elétrons;
 Fosforilação oxidativa.
Bioquímica aplicada

 A Mitocôndria;
 Sistema de transporte mitocondrial;
 Transporte de elétrons;
 Termodinâmica do transporte de elétrons;
 A sequência do transporte de elétrons;
 Complexo I (NADH-Coenzima Q oxidorredutase);
 Complexo II (Succinato-Coenzima Q oxidorredutase);
 Complexo III (Coenzima Q-Citocromo oxidorredutase);
 Compelo IV (Citocromo C oxidase);
 Fosforilação oxidativa;
 A teoria quimiosmótica;
 ATP sintase.

 A mitocôndria é o sítio do metabolismo oxidativo de eucariotos;
 Contém a piruvato desidrogenase, as enzimas do ciclo do ácido cítrico, as enzimas que
catalisam a oxidação dos ácidos graxos e as enzimas e proteínas redox envolvidas no
transporte de elétrons e na fosforilação oxidativa;
 Por isso a mitocôndria é considerada a “usina de força” da célula.

Sistemas de transporte mitocondrial
• Composta pela membrana mitocondrial externa (MME) e membrana mitocondrial
interna (MMI), formando um espaço intermembrana;
• O espaço intermembrana é equivalente ao citosol no que se refere às suas concentrações
em metabólitos e íons;
• A membrana interna é composta por cerca de 75% de proteínas, mais rica em proteínas
do que a membrana externa;

Sistemas de transporte mitocondrial
• É livremente permeável a O2, CO2 e H2O e contém, além das proteínas da cadeia
respiratória, várias proteínas de transporte que controlam a passagem de metabólitos,
como ATP, ADP, o piruvato, o Ca2+ e o fosfato;
• A impermeabilidade controlada da MMI para a maioria dos íons e dos metabólitos
permite a formação de um gradiente de íons através dessa barreira e resulta na
compartimentalização das funções metabólicas entre o citosol e a mitocôndria.

Os equivalentes citosólicos reduzidos são transportados para dentro da mitocôndria
 O NADH produzido no citosol pela glicólise deve ter acesso à cadeia transportadora de
elétrons para a oxidação aeróbica
 Não há uma proteína transportadora de Os equivalentes citosólicos reduzidos são
transportados para dentro da mitocôndria NADH na MMI;
 Somente os elétrons do NADH citosólico são transportados para a mitocôndria por um
dos vários sistemas de transporte.
Circuito do malato-aspartato;
Circuito do glicerol-fosfato.

Circuito do malato-aspartato

Circuito do glicerol-fosfato
A glicerol-3-fosfato desidrogenase catalisa a
oxidação do NADH citosólico pela DHAP para
produzir NAD+, o qual retorna à glicólise;
Os elétrons do glicerol3-fosfato são transferidos
para a flavoproteínadesidrogenase da MMI,
formando FADH2, que fornece elétrons
diretamente para CTE.

O translocador ADP
A maior parte do ATP gerado na matriz mitocondrial pela fosforilação oxidativa é utilizado
no citosol;
A MMI contém um translocador de ADP-ATP (ou adenina - nucleotídeo translocase) que
transporta o ATP para fora da matriz em troca do ADP produzido no citosol pela hidrólise do
ADP – sistema antiporte.

Transporte de elétrons
Os carreadores que transportam os elétrons a partir do NADH e FADH2 até O2 estão
associados a membrana mitocondrial interna;
Alguns desses centros redox são móveis e outros são proteínas integrais de membrana;
A sequência de carreadores de elétrons reflete seus potenciais de redução relativos;
O processo é exergônico;
A oxidação de NADH e FADH2 é promovida pela cadeia de transporte de elétrons;
Os elétrons são carreados do Complexo I e do complexo II para o III pela coenzima Q, e do
complexo III para o IV pelo citocromo C.

Transporte de elétrons

Complexo I (NADH-Coenzima Q oxidorredutase)
O complexo I transfere elétrons a partir do NADH para a CoQ ;
É o maior complexo protéico na MMI, com 43 polipeptídeos;
Ele contém uma molécula de flavina mononucleotídeo (FMN) e
seis a sete grupos ferro-enxofre que participam no transporte
de elétrons;
Os grupos ferro-enxofre estão presentes como grupos
prostéticos de proteínas ferroenxofre, e podem sofrer oxidação
e redução de um elétron.

Transferência de elétrons no Complexo I
O processo envolve a redução temporária de cada grupo cuja passagem dos elétrons para
o próximo grupo permite a reoxidação do grupo anterior;
O NADH participa apenas em reações que envolvem a transferência de 2 elétrons.
A FMN e a CoQ podem transferir um ou dois elétrons por vez, proporcionando a formação
de um conduto de elétrons entre o doador de dois elétrons, o NADH e os aceptores de um
elétron, os citocromos.

Translocação de prótons
 A medida que os elétrons são transferidos entre os centros redox do Complexo I, quatro
prótons são translocados da matriz para o espaço intermembrana – Bomba de Prótons.
 O mecanismo de bombeamento de prótons deve ser conduzido pelas alterações
conformacionais induzidas pelas alterações no estado redox da proteína

Complexo II (Succinato-Coenzima Q oxidorredutase)
Contém a enzima do ciclo do ácido cítrico, a succinatodesidrogenase e três outras pequenas
subunidades hidrofóbicas que transferem elétrons do succinato à CoQ;
Seus grupos redox incluem o FAD ligado covalentemente à succinato-desidrogenase para o
qual os elétrons são inicialmente transferidos, um grupo [4Fe-4S], dois grupos [2Fe-2S], e
um citocromo b560;

O Complexo II permite que elétrons de potencial relativamente alto entrem na cadeia
transportadora por uma via independente do Complexo I;
Os Complexos I e II não operam em série, mas ambos resultam na transferência de elétrons
para a CoQ a partir de substratos reduzidos – NADH e succinato;
A CoQ serve como um ponto de captação de elétrons.

Complexo III (Coenzima Q-Citocromo c oxidorredutase)
Conhecido também como citocromo bc1: possui dois citocromos tipo b e um citocromo c1;
Transfere elétrons da CoQ reduzida para o citocromo c1 a partir de um centro [2Fe-2S], e
para o citocromo b.

Transporte de elétrons no complexo III: o ciclo Q
A função é permitir que uma molécula de CoQH 2 reduza duas moléculas de citocromo, por
meio de uma bifurcação do fluxo de elétrons da CoQH 2 para os citocromos c1 e b, permitindo
o bombeamento de prótons da matriz para o espaço intermembrana;
A CoQH 2 transfere um dos elétrons para a proteína Fe-S liberando dois prótons no espaço
intermembrana e produzindo CoQ-;
Ciclo 1

A proteína Fe-S reduz o citocromo c1, enquanto a CoQ- transfere os elétrons restantes para
o citocromo b, produzindo uma CoQ oxidada.
A CoQ oxidada recebe o elétron novamente do citocromo b, revertendo-se à forma CoQ-
Ciclo 1

No ciclo 2, outra CoQH 2 reduzida, provinda do complexo I repete as etapas anteriores: um
elétron reduz a proteína Fe-S e em seguida o citocromo c1, e outro elétron reduz citocromo
b;
Esse segundo elétron reduz a CoQ- produzido no primeiro ciclo, produzindo CoQH2;
Ciclo 2
Os prótons consumidos originaram -se da matriz mitocondrial;
Para cada 2 CoQH 2 que entram no ciclo Q, uma CoQH 2 é
regenerada.

Complexo IV (Citocromo c oxidase)
Único transportador de elétrons no qual o ferro heme possui um ligante livre que pode
reagir com O2.
A citocromo c oxidase catalisa oxidações de quatro moléculas de citocromo c (Cyt c)
reduzidas consecutivamente e a Complexo IV (Citocromo c oxidase) concomitante redução
tetraeletrônica de uma molécula de O2.

O complexo IV possui 4 centros redox: citocromo a, citocromo a3, um átomo de cobre
conhecido como CuB e um par de átomos de cobre conhecido como centro CuA, além de um
Mg2+ e um Zn2+.
 A redução do O2 a 2 H2O ocorre no complexo binuclear citocromo a3-CuB e envolve 4
transferências de e- consecutivas dos sítios do CuA e cit a.
 2 prótons são translocados.
Complexo IV (Citocromo c oxidase)

Fosforilação oxidativa
A síntese endergônica do ATP a partir de ADP e Pi na mitocôndria é catalisada por uma ATP-
sintase (ou complexo V), dirigida pelo processo de transporte de elétrons.
A energia livre liberada pelo transporte de elétrons através dos Complexos I – IV deve ser
conservada em uma forma que a ATP sintase sintase possa utilizá possa utilizá -la – é a energia
de acoplamento.

Fosforilação oxidativa
A teoria quimiosmótica: A energia livre do transporte de elétrons é conservada pelo
bombeamento de H + da matriz mitocondrial para o espaço intermembrana, criando um
gradiente eletroquímico de H + através da MMI.
O potencial eletroquímico desse gradiente é aproveitado para a síntese de ATP.
Processo análogo ocorre em bactérias, cuja maquinaria transportadora de elétrons está
localizada na membrana plasmática.

O transporte de elétrons gera um gradiente de prótons
O transporte de elétrons provoca o transporte de prótons pelos Complexos I, III, e IV através
da MMI a partir da matriz, uma região de baixa [H +] para o espaço intermembrana, uma
região de alta [ H + ].
Como o pH externo é menor que o pH interno, a saída de prótons da matriz, contra o
gradiente de prótons, é um processo endergônico.

O transporte de elétrons gera um gradiente de prótons
A energia livre sequestrada pelo gradiente eletroquímico resultante conduz a síntese de ATP.
A energia livre estimada para a síntese de uma molécula de ATP é cerca de +30 a +50 kJ/mol,
muito grande para ser conduzida pela passagem de um único próton de volta à matriz;
A maior parte das determinações experimentais indica que cerca de 3 prótons são
necessários por ATP sintetizado.

A ATP sintase
Também conhecida como ATP sintase bombeadora de prótons
ou F1F 0 – ATPase;
Proteína transmembrana de multissubunidades com massa
molecular de 450kDa;
Composta de duas unidades funcionais F 0 e F1;
F 0 é um canal de prótons transmembrana;
F1 é composta por várias subunidades (αβγδε) e dentre elas, a
subunidade β catalisa a reação de síntese de ATP.

A regulação da fosforilação oxidativa
Quando a fosforilação oxidativa é mínima, no estado de repouso, o gradiente eletroquímico
na MMI acumula-se e impede a continuação do bombeamento de prótons, inibindo o
transporte de elétrons, fazendo com que o pH no espaço intermembrana diminua;
Quando a síntese do ATP aumenta, o gradiente eletroquímico é dissipado, permitindo o
reinício do transporte de elétrons;
Um agente desacoplador aumenta a permeabilidade dos H + à MMI, e desacopla a
fosforilação oxidativa da cadeia de transporte de elétrons, diminuindo a síntese de ATP pela
ATP sintase.

Cadeia de transporte de
elétrons e fosforilação
oxidativa.

Até a próxima aula pessoal!
Carmem Arroxelas
@descomplicafarmaceutica

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