Fosforilação Oxidativa

Universidade Federal do Pampa
Campus Itaqui
Bioquímica
GLICÓLISE AERÓBICA
Ciclo de Krebs e Fosforilação Oxidativa
Profa. Marina Prigol
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Glicólise Anaeróbica
RESPIRAÇÃO CELULAR ou
GLICÓLISE AERÓBICA:
Fase aeróbica do catabolismo:
Células Eucariotas e algumas
bactérias
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1º estágio: as moléculas dos combustíveis orgânicos (
glicose, ácidos graxos e aminoácidos)
são oxidadas
para liberar fragmentos de 2 átomos de carbono na
forma de um grupo acetila do acetil-coenzima A
(Acetil-CoA);
2º estágio: esses grupos acetila são introduzidos no
ciclo do ácido cítrico, o qual os oxida enzimaticamente
até CO2. A energia liberada pela oxidação é
conservada nos transportadores de elétrons
reduzidos: NADH e FADH2.
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NAD+ + 2e- + 2H+ → NADH + H+
NAD - dinucleotideo de nicotinamida-adenina. É uma
coenzima que apresenta dois estados de oxidação: NAD+
(oxidado) e NADH (reduzido). É usado como
"transportador de eletrons" nas reações metabólicas de oxiredução, tendo um papel preponderante na produção de
energia para a célula.
FAD + 2e- + 2H+ → FADH2
FAD - dinucleotideo de flavina e adenina (FAD). É um
cofator orgânico (coenzima), necesárias ao funcionamento
das enzimas. Também é um transportador de elétrons,
produzindo energia para a célula.
3º estágio: Os equivalentes reduzidos são
oxidados, desfazendo-se de prótons (H+) e
elétrons.
Os elétrons são conduzidos ao longo de uma
cadeia de moléculas transportadoras de
elétrons, conhecida como Cadeia respiratória,
até o O2 (aceptor de elétrons), o qual é reduzido
para formar H2O.
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Durante este processo de transferência de
elétrons, uma grande quantidade de energia
é liberada e conservada na forma de ATP,
através do processo chamado Fosforilação
oxidativa.
1 NADH
1 FADH2
2,5 ATP
1,5 ATP
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• Estágio 1: Produção do Acetil-CoA
- O complexo da piruvato desidrogenase –
 A reação completa da piruvato desidrogenase é a
descarboxilação
oxidativa:
um
processo
irreversível de oxidação no qual o grupo carboxila é
removido do piruvato na forma de 1 molécula de
CO2 e os 2 carbonos remanescentes tornam-se o
grupo acetila do Acetil-CoA.
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Em condições aeróbicas
formação de NADH
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CICLO DE KREBS
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O Ciclo do Ácido Cítrico ou Ciclo de
Krebs ou Ciclo do Ácido
Tricarboxílico
O CK é o centro do metabolismo energético na maioria
das células aeróbicas. Representa a 2ª fase da
Respiração celular, sendo responsável pela oxidação
total de unidades carbônicas (acetil CoA) à C02;
produção de equivalentes redutores (NAD e FAD) e
ATP.
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Mitocôndria
Espaço intermembrana
Cadeia de transporte de
elétrons
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Intermediários do Ciclo de Krebs
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• Estágio 2 – Oxidação do Acetil-CoA
- O ciclo de Krebs  1º Passo: condensação do acetil-CoA +
oxaloacetato  citrato (enzima = citrato
sintase)‫‏‬
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1. Formação do CITRATO
Citrato sintase
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 2º Passo: desidratação seguida de
hidratação do citrato  isocitrato (enzima
= aconitase)‫‏‬
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3. Oxidação do isocitrato à -cetoglutarato e C02
Descarboxilação oxidativa do isocitrato  cetoglutarato (enzima = isocitrato desidrogenase).
Neste passo ocorre a saída do 1º CO2 e formação
do 1º NADH
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4. Oxidação do -cetoglutarato a succinil-CoA e CO2
Descarboxilação oxidativa do -cetoglutarato  succinil-CoA (enzima
= complexo da -cetoglutarato desidrogenase). Neste passo ocorre a
saída do 2º CO2 e formação do 2º NADH
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5. Conversão do Succinil-CoA à Succinato
Fosforilação ao nível do substrato do succinil-CoA  succinato
(enzima = succinil-CoA sintetase). Neste passo ocorre a formação
de GTP (ATP)  fosforilação ao nível do substrato e não ao nível
da cadeia respiratória.
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6. Oxidação do succinato em Fumarato
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Desidrogenação do succinato  fumarato (enzima =
succinato desidrogenase). Neste passo ocorre a
formação de FADH2
Análogo do
succinato e
inibidor
competitivo da
succinato
desidrogenase
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7. Hidratação do fumarato para produzir malato
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8. Oxidação do malato à oxaloacetato
Neste passo ocorre a formação do 3º NADH e a regeneração
do oxaloacetato, o qual pode condensar-se a uma nova molécula de
acetil-CoA, dando continuidade ao ciclo.
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REGULAÇÃO
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Rendimento Energético
6 NADH
2 FADH2
2 GTP (ATP)‫‏‬
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CADEIA
RESPIRATÓRIA
E
FOSFORILAÇÃO
OXIDATIVA
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Estágio 3 – Fosforilação Oxidativa
 Processo responsável síntese de ATP
direcionada pela transferência de elétrons
ao oxigênio.
 É responsável pela maior parte da síntese
de ATP pelos organismos aeróbicos.
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 Todas as etapas enzimáticas na
degradação oxidativa dos
carboidratos, gorduras e
aminoácidos nas céls aeróbicas
convergem para esta etapa final da
respiração celular. Os elétrons
fluem dos catabólitos
intermediários ao O2, produzindo
energia para a geração do ATP.
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A
fosforilação
oxidativa
ocorre
nas
mitocôndrias (na membrana mitocondrial
interna) e envolve a redução do O2 a H2O
com elétrons doados pelo NADH e FADH2.
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Cadeia Respiratória
 Os
transportadores
mitocondriais funcionam
ordenados em série.
de
elétrons
em complexos
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 A transferência de elétrons ao longo da
cadeia de transporte é energeticamente
favorecida, pois o NADH é um forte doador
de elétrons e o oxigênio é um ávido aceptor
de elétrons;
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Hipótese Quimiostática:
Explica como a energia livre gerada pelos
transporte de elétrons pela cadeia de
transporte é usada para produzir ATP a
partir do ADP + Pi.
 Bomba de Prótons
 ATP Sintetase
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 Bomba de Prótons
 O transporte de elétrons é acoplado ao transporte
de prótons (H+) através da MMI, da matriz ao
espaço intermembrana.
 Este processo cria, através da MMI, um gradiente
elétrico (com mais cargas positivas do lado de fora
que no lado de dentro da membrana) e um
gradiente de pH (a parte externa da membrana
possui um pH menor que a parte interna).
 A energia gerada por este gradiente de prótons é
suficiente para estimular a síntese de ATP;
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 A hipótese quimiosmótica propõe que, após os
prótons terem sido transferidos para o lado
citosólico da MMI, podem reentrar na matriz
mitocondrial passando através de um canal na
molécula de ATP sintetase, resultando na síntese
de ATP a partir de ADP + Pi.
Síntese de ATP pela ATP sintetase
O complexo enzimático ATP sintetase (complexo V)
sintetiza ATP utilizando a energia do gradiente de
prótons gerada pela cadeia de transporte.
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A importância do ATP reside na grande quantidade
de energia livre que acompanha a quebra das suas
ligações fosfoanidrido. O ATP armazena energia
proveniente da respiração celular, para consumo
posterior. A molécula atua como uma moeda
celular, ou seja, é uma forma conveniente de
transportar energia.
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#
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#
Inibidores da cadeia respiratória
Rotenona
Antimicina A
CN ou CO
Inibidores: substancias que paralisam o fluxo de elétrons na
cadeia respiratória, são irreversíveis podendo levar 59a
mitocôndria à morte. Ex: CO, cianureto
Desacopladores da cadeia respiratória
DEsacopladores: substancias que abrem poros na membrana
mitocondrial interna, dissipando os prótons do gradiente,
impedindo a formação de ATP e gerando calor. Ex: dinitro-fenol,
salicilatos