Cadeia transportadora de elétrons e fosforilação oxidativa
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Objetivos Cadeia Transportadora de Elé Elétrons e Fosforilaç Fosforilação Oxidativa Demonstrar como o transporte de elé elétrons na membrana mitocondrial gera forç força pró prótonton-motriz para a sí síntese de ATP Importância Alexandre Havt da utilizaç utilização de ATP para as reaç reações bioló biológicas Obtenç Obtenção de Energia Obtenç Obtenção de Energia Quimiolitotró Quimiolitotróficos (compostos inorgânicos) Quimiotró Quimiotróficos Carboidratos Lipídeos Proteínas Quimiorganotró Quimiorganotróficos (compostos orgânicos) Obtenção de energia por oxidação de compostos do meio CO2 H+ + e- Coenzimas H+ + e(reduzidas) Nutrientes oxidados (H+) (e-) Perda de pró e elé prótons elétrons Átomos de carbono convertidos em CO2 Coenzimas reduzidas Reduç Redução de Oxigênio em H2O Fontes de ATP Metabolismo anaeró anaeróbio de nutrientes Alá Aláctico Fosfocreatina quinase - ATP Láctico Glicose – Piruvato – Lactato Metabolismo Ciclo aeró aeróbio de nutrientes do ácido cí cítrico Cadeia transportadora de elé elétrons Fosforilaç Fosforilação oxidativa Coenzimas (oxidadas) ATP + H2O O2 + ADP + Pi Potência aeró aeróbia e anaeró anaeróbia Substrato mmol ATP/Kg/s ATP/Kg/s Tempo de retardo Oxidaç Oxidação lipí lipídica 1,0 >2h Oxidaç Oxidação da glicose sanguí sanguínea 1,0 ≅ 90 minutos Oxidaç Oxidação de glicogênio 2,8 Alguns minutos Glicó Glicólise 4,5 5 – 10 segundos Catabolismo de fosfocreatina 9,0 Instantâneo 1 Contribuiç Contribuição aeró aeróbia e anaeró anaeróbia na produç produção de energia % Anaeró Anaeróbio % Aeró Aeróbio 0-10 Duraç Duração do exercí exercício (s) 94 06 0-15 88 12 0-20 82 18 0-30 73 27 0-45 63 37 0-60 55 45 0-75 49 51 0-90 44 56 0-120 37 63 0-180 27 73 0-240 21 79 Metabolismo Aeró Aeróbio Mitocôndria Externa - Interna – cristas Gliceraldeido 3-fosfato Piruvato AcetilAcetil-CoA Ciclo do ácido cí cítrico Isocitrato α-cetoglutarato α-cetoglutarato SuccinilSuccinil-CoA Malato Oxaloacetato Succinato Fumarato Total - - Oxidaç Oxidação 2 - Possam participar novamente das vias catabó catabólicas 2 2 2 - 2 Energia conservada é usada para: para: 10 2 as variaç variações de energia livre padrão: padrão: Transferência ∆Go’ = - 220 kJ.mol-1 ([ Síntese ∆Go’ de 2 elé elétrons de NADH para o O2 ] dos produtos > [ ] dos reagentes) reagentes) Estraté Estratégia celular para sí síntese de ATP Energia da transferência de elé elétrons para gerar gradiente de pró prótons Reduç Redução do O2 em H2O Ocorre na membrana interna da mitocôndria Quatro complexos enzimá enzimáticos I – NADHNADH-CoQ redutase (FMN / centros FeFe-S) II – SuccinatoSuccinato-CoQ redutase (FAD / Centros FeFe-S / Citocromo b) III – CoQCoQ-citocromo c redutase (Citocromos b e c1 / Centros FeFe-S) IV – Cicromo c oxidase (Citocromos a e a3 / Íons de cobre) 2 transportadores de elé elétrons Coenzima Q (CoQ (CoQ)) – ubiquinona (não proté protéico) Citocromo c ] dos produtos < [ ] dos reagentes) reagentes) “Se a transferência de elé elétrons das coenzimas reduzidas fosse feita diretamente para o O2 toda a energia seria liberada na forma de calor” calor” Síntese de ATP de ATP = + 31 kJ.mol-1 ([ Cadeia Transportadora de Elé Elétrons Oxidaç Oxidação de Coenzimas Compare conservada nas coenzimas reduzidas 2 2 (GTP) 4 Absorç Absorção de bacté bactérias aeró aeróbias Energia 2 33-fosfoglicerato Enzimas de oxidaç oxidação Matriz DNA mitocondrial Ribossomos Oxidaç Oxidação de Coenzimas Moles de Moles de Moles de ATP NADH FADH2 Glicó Glicólise superfí superfície lisa Espaç Espaço intermembranar Oxidaç Oxidação da Glicose Reaç Reação Membrana dupla Conecta complexos I e II ao III Conecta complexo III ao IV 2 Cadeia Transportadora de Elé Elétrons Complexo I (NADH (NADH--CoQ redutase) redutase) Formado Grupos por 26 cadeias polipeptí polipeptídicas prosté prostéticos Flavina mononucleotí mononucleotídeo (FMN) Capaz de receber 2 pró prótons e 2 elé elétrons Reduzido 6 ou 7 centros Ferro – Enxofre Capazes Complexo I (NADH (NADH--CoQ redutase) redutase) de transportar elé elétrons Fe+3 para Fe+2 Complexo II (Succinato (Succinato--CoQ redutase) redutase) 2H+ Succinato desidrogenase Enzima da membrana interna mitocondrial Ciclo do ácido cí cítrico Succinato oxidado à Fumarato Reduç Redução de FAD (grupo prosté prostético) à FADH2 Centros FeFe-S e citocromo b560 Transporte de 2 pró prótons e 2 elé elétrons Transporte de elé elétrons Pró Prótons voltam a matriz Não há há contribuiç contribuição para a formaç formação de gradiente de pró prótons ∆Eo’ e ∆Go’ Succinato – CoQ seja pequeno Complexo II não atinja parte externa da membrana interna Coenzima Q ou ubiquinona Complexo II (Succinato (Succinato--CoQ redutase) redutase) Quinona Cadeia Lateral Molé Molécula hidrofó hidrofóbica Unidades isoprênicas Mobilidade 2H+ a forma FMNH2 por NADH na membrana 2 Pró Prótons e 2 elé elétrons Forma reduzida Forma semireduzida Ubiquinol - QH2 Semiquinona - QH+ 3 Fonte de Reduç Reduções da CoQ CoQ Como Ponto de Convergência dos Elé Elétrons Recebe elé elétrons Complexo I e II Glicerol 33-fosfato desidrogenase Transporte de elé elétrons Face externa da membrana interna Grupos prosté prostéticos FAD Centro FeFe-S AcilAcil-CoA desidrogenase – metabolismo dos lipí lipídeos Transporte de elé elétrons Matriz Grupos prosté prostéticos FAD – ETF (Flavoprote (Flavoproteíína transferidora de elé elétrons) ETFETF-ubiquinona óxido redutase FAD Centro FeFe-S Citocromos CoQ Como Ponto de Convergência dos Elé Elétrons Transportadores de elé elétrons Grupo heme (Ferro) Membrana interna mitocôndria Membrana Retí Retículo Endoplasmá Endoplasmático Classificaç Classificação Complexo III – CoQCoQ-citocromo c redutase Espectro de absorç absorção a, b e c b e c – “heme” heme” igual ao da hemoglobina (grupos vinila e metila) a – grupo isoprênico e formila Forma de ligaç ligação do heme à proteí proteína a e b – ligaç ligação não covalente c – covalente (ciste (cisteíínas) nas) Forma de ligaç ligação do Ferro à proteí proteína a e b – 2 resí resíduos de histidina c – resí resíduos de histidina e cisteí cisteína Ciclo Q Componentes do Ciclo Q Citocromo b562 e b566 Centro FeFe-S Citocromo c1 CoQ Fe+2 – Fe+3 Traz elé elétrons dos Complexos I e II ao III Citocromo c Proteí Proteína perifé periférica que transporta elé elétrons do complexo III para o IV 4 Ciclo Q Complexo IV – Citocromo c oxidase Componentes Citocromo c 3 íons cobre divididos em dois grupos CuA/CuA CuB Forma oxidada – Cu+2 cúprica Forma reduzida – Cu+ cuprosa Heme a e a3 Sítio catalí catalítico da enzima Complexo IV – Citocromo c oxidase CuB e citocromo a3 (Fe+3 – Fe+2) Formas Reativas de Oxigênio Radicais livres Íons de oxigênio não reduzidos completamente Superó Superóxido – O2- Peró Peróxido – O22- Peró Peróxido de hidrogênio – H2O2 Estraté Estratégias de defesa Enzima Superó Superóxido dismutase 2 O2- + 2 H+ 2 H2O2 Complexo III Complexo IV 2H+ 4H+ 4H+ O2 + 2 H2O Fosforilaç Fosforilação Oxidativa Gradiente de Pró Prótons Complexo I O2 + H2O2 Enzima Catalase Fosforilaç Fosforilação do ADP em ATP utilizando a energia liberada pelas reaç reações de óxidoxido-reduç redução da cadeia transportadora de elé elétrons. Energia direcionada para criar um contragradiente de pró prótons Excesso de H+ fora da matriz mitocondrial Matriz com carga negativa Porç Porção intermembrana carga positiva Membrana interna impermeá impermeável a H+ ATP sintase Força Próton-motriz 5 ATP sintase ATP sintase Componentes Porç Porção esfé esférica – Fator de acoplamento 1 (F1) Porç Porção membranal – (Fo) Síntese do ATP ocorre com o retorno dos pró prótons à matriz mitocondrial A cada 3 pró prótons que retornam um ATP é formado Mudanç Mudança na conformaç conformação da enzima com a entrada dos pró prótons ATP sintase Controle Respirató Respiratório A velocidade do transporte de elé elétrons e síntese de ATP são dependentes da [ ] de ADP Transporte de elé elétrons está está acoplado à síntese de ATP ADP tem concentraç concentrações limitantes Quanto mais ADP for formado maior a velocidade das reaç reações de catá catálise e maior produç produção de ATP Desacopladores Substâncias que impedem a sí síntese de ATP sem a interrupç interrupção da oxidaç oxidação das coenzimas Energia das oxidaç oxidações é dissipada como calor Substâncias lipofí lipofílicas 2,4 Dinitrofenol (DNP) Ácido fraco Desacoplador Endó Endógeno Funç Função Tecido de produç produção de calor adiposo marrom Certas regiões de recé recém-nascidos semisemi-hibernantes Animais Termogenina Proteí Proteína Parte que transporta H+ para a matriz da energia dissipada como calor AssociaAssocia-se Bloqueia a pró prótons e os carreia para a matriz a formaç formação do gradiente de pró prótons 6 Rendimento da Oxidaç Oxidação da Glicose I) Glicose a 2 piruvatos II) 2 piruvatos a 2 acetil CoA III) 2 acetil CoA no ciclo do ácido cí cítrico IV) NADH e FADH2 na CTE e FO Etapas Coenzimas produzidas Fosforilaç Fosforilação no substrato I II 2 NADH 2 NADH 2 ATP III 6 NADH 2 FADH2 2 GTP I + II + III 10 NADH 2 FADH2 IV 30 ATP 4 ATP Moles de ATP formados Oxidaç Oxidação do NADH citossó citossólico Membrana interna mitocondrial impermeá impermeável a NAD+ e NADH Oxidaç Oxidação indireta por lanç lançadeiras Células 30 4 4 ATP hepá hepáticas, cardí cardíacas e renais Permeases 4 38* Total Malato – Aspartato – proteí proteínas de transporte da membrana Glicerol fosfato Músculo esquelé esquelético e cé cérebro mamí mamíferos Músculo de vôo de insetos NADH – FADH2 Lanç Lançadeira MalatoMalato-Aspartato Transaminaç Transaminação Lanç Lançadeira Glicerol Fosfato Proteí Proteínas Transportadoras da Membrana Mitocondrial Membrana externa permeá permeável Membrana interna impermeá impermeável Sistemas de transporte Adenina nucleotí nucleotídeo translocase (ATP/ADP (ATP/ADP translocase) Transfere ATP Quanto maior Inibidores da matriz por ADP do citossol [ADP], [ADP], maior a translocaç translocação da ATP/ADP ATP/ADP translocase Atractilosí Atractilosídeo – glicosí glicosídeo vegetal Ácido bongcré bongcréquico – antibió antibiótico fúngico que cresce em comida tí típica à base de coco (bongkrek (bongkrek em indoné indonésio) 7 Proteí Proteínas Transportadoras da Membrana Mitocondrial ADP/ ADP/ATP Translocase Sistemas de transporte ATP/ADP ATP/ADP translocase + Fosfato Translocase Dicarboxilato translocase Fosfato adentra a matriz por troca de OH- Malato, Malato, Succinato e Fumarato por fosfato (P (Pi) Troca de um dicarboxilato por outro Tricarboxilato translocase Piruvato translocase Glutamato translocase Transporte ativo de Ca+2 uniporte Translocase Ca+2/ 2Na+ Gasto Energético de ATP Troca de citrato ou isocitrato por malato Troca de piruvato por OH- Dissipação dos prótons para a matriz Troca de glutamato por aspartato ou OH- Proteí Proteínas Transportadoras da Membrana Mitocondrial 8
