Oxidação das coenzimas reduzidas A energia total inicialmente disponível na molécula de glicose foi utilizada para produção de pequena quantidade de ATP (2 ATP na glicólise e 1 GTP no ciclo de Krebs). A maior parte da energia é conservada na forma de coenzimas reduzidas (NADH e FADH2)

Oxidação das coenzimas reduzidas As coenzimas reduzidas devem ser reoxidadas por duas razões: Voltar a participar das vias oxidativas na forma de coenzimas oxidadas É a partir da oxidação destas coenzimas que a energia nelas conservada pode ser aproveitada para sintetizar ATP.

Cadeia de Transporte de elétrons A estratégia adotada pela célula é transformar a energia armazenada nas coenzimas em um gradiente de prótons na mitocôndria e utilizar este gradiente para sintetizar ATP.

FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA DO ADP 2H+ 2H+ 4H+ 4H+ 4H+ 4H+ H+ H+ + + + + + + + + + + + + + + H+ H+ H+ _ _ _ _ + + _ _ _ _ _ _ _ H+ ½ O2 ½ O2 H2O H2O Fumarato Fumarato Succinato Succinato ADP + Pi NADH NADH H+ NAD+ NAD+ 3H+ ATP _ _ _ _

CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS E FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA Bactéria aeróbica

Seletividade da membrana interna da mitocôndria Membrana externa: livremente permeável a pequenas moléculas e íons Membrana interna: seletiva – impermeável a íons e pequenas moléculas Matriz mitocondrial: contém enzimas do ciclo do ácido cítrico, proteínas da cadeia respiratória, enzimas da oxidação de ácido graxos e aminoácidos

Os elétrons são transportados por quatro complexos A oxidação das coenzimas reduzidas pela cadeia transportadora de elétrons processa-se na membrana interna da mitocôndria. Estes transportadores agrupam-se em 4 complexos, designados complexos I, II, III, IV.

Complexos protéicos da cadeia de transporte de elétrons Massa (kDa) Número de subunidades Grupos prostéticos I NADH desidrogenase 850 42 (14) FMN, Fe-S II Succinato desidrogenase 140 5 FAD, Fe-S III Ubiquinona:citocromo c oxidoredutase 250 11 Hemes, Fe-S Citocromo c 13 1 Heme IV Citocromo oxidase 160 13 (3-4) Hemes, CuA, CuB

O complexo I oxida o NADH, transferindo seus elétrons para a coenzima Q Este complexo também é chamado NADH-coenzima Q redutase Possui FMN e centros ferro-enxofre. A flavina mononucleotídeo (FMN) é um derivado da riboflavina capaz de receber 2 prótons e dois elétrons, passando à forma reduzida FMNH2 O doador de elétrons é o NADH.

Complexo I

Centros ferro-enxofre Formados por íons de ferro e enxofre Isto faz com que os prótons sejam excluídos, sendo transportados da membrana interna para o espaço inter membranas Transportam apenas elétrons. Não transportam prótons

Complexo II Chamado de succinato-coenzima Q redutase É uma segunda porta de entrada dos elétrons na cadeia respiratória A succinato desidrogenase do ciclo de Krebs faz parte deste complexo.

Complexo II Os elétrons são transferidos do succinato para o FAD, que se reduz a FADH2. São então repassados para centros ferro-enxofre e então para citocromos b560. Não é uma proteína transmembrana: não ocorre extrusão de prótons. Os prótons, que não são carregados pelos centro-ferro enxofre e citocromo são devolvidos à matriz mitocondrial.

Citocromos: Transportadores de elétrons

A coenzima Q é o ponto de convergência dos elétrons provenientes do complexo I e complexo II A coenzima Q é uma quinona com uma longa cadeia lateral constituídas por cadeias isoprênicas. Recebe dois prótons e dois elétrons passando à forma reduzida QH2

COENZIMA Q: POSSUI CARACTERÍSTICAS HIDROFÓBICAS QUE PERMITEM SUA MOBILIDADE NA MEMBRANA LIPÍDICA

Complexo III Coenzima Q-citocromo c redutase. Possui dois citocromos b, centro Fe-S e citocromo c. Participa com a extrusão de 4 prótons para o espaço intermebranas.

Citocromo c É uma proteína pequena situada na face externa membrana interna da mitocôndria. Conecta os complexos III e IV.

Fe+3 + 1e- <-> Fe2+ Estrutura secundária do citocromo b bH bL Matriz mitocondrial Citocromo c Fe+3 + 1e- <-> Fe2+

Complexo IV Transfere elétrons para o oxigênio. É chamado de citocromo c oxidase. Contém dois citocromos do tipo a e dois íons cobre, que transportam elétrons alterando seus estados de oxidação de +2 para +1. Participa da transferência de 4 elétrons para a molécula de oxigênio, que se liga a dois prótons, formando água. O complexo IV também participa da extrusão de 2 prótons para o espaço intermembrana.

Cadeia transportadora de elétrons A retirada de prótons da matriz mitocondrial contribui para o estabelecimento do gradiente de prótons.

GRADIENTE DE PRÓTONS

Fosforilção oxidativa A energia do transporte de elétrons é convertida em uma força próton motriz. Teoria quimiosmótica: o transporte de elétrons é utilizado para bombardear prótons para o espaço intermembranas. A membrana interna da mitocôndria é impermeável à prótons. Isto gera uma diferença na concentração de prótons dentro e fora da matriz mitocondrial. Adicionalmente a face voltada para a matriz fica mais negativa e a diferença de carga elétrica gera um potencial de membrana.

Força próton-motriz O gradiente eletroquímico formado é chamado de força próton-motriz. Constituída por dois componentes: O gradiente de pH e o gradiente elétrico. O retorno dos prótons para o interior da mitocôndria é um processo espontâneo, a favor do gradiente eletroquímico. Este retorno libera energia.

A síntese de ATP Como a membrana interna é impermeável a prótons, estes só podem voltar à matriz e desfazer o gradiente através de sítios específicos na membrana interna, constituídos pelo complexo sintetizador de ATP: a ATP sintase.

A ATP sintase O ATP é sintetizado quando os prótons retornam à matriz mitocondrial. Compreende dois componentes: F1: contém os sítios de síntese de ATP Fo: contém o canal através do qual os prótons retornam à matriz. Matriz Espaço intermembranas

As três subunidades da ATPsintase podem assumir três diferentes conformações Estrutura do complexo F1 deduzida por cristalografia e estudos bioquímicos

FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA DO ADP 2H+ 2H+ 4H+ 4H+ 4H+ 4H+ H+ H+ + + + + + + + + + + + + + + H+ H+ H+ _ _ _ _ + + _ _ _ _ _ _ _ H+ ½ O2 ½ O2 H2O H2O Fumarato Fumarato Succinato Succinato ADP + Pi NADH NADH H+ NAD+ NAD+ 3H+ ATP _ _ Potencial químico pH ( alcalino interior) Síntese de ATP dirigida pela força próton- motriz Potencial elétrico  ( negativo interior) _ _

Estequiometria da síntese de ATP ADP + Pi + 3H+p  ATP + H2O + 3H+n Adenina nucleotídeo e Pi translocase: 1H+ NADH O2 = 10H+/2e-  10H+/4H+ = 2,5 ATP Succinato (FADH2) O2 = 6H+/2e-  6H+/4H+ = 1,5 ATP Produção de ATP na oxidação completa de glicose Processo Produto ATP final Glicólise 2 NADH (citosólico) 5 2 ATP 2 Oxidação do piruvato (2 por glicose) 2 NADH (mitocondrial) Oxidação de acetil-CoA no ciclo de Krebs 6 NADH (mitocondrial) 15 (2 por glicose) 2 FADH2 3 2 ATP ou GTP Produção total por glicose 32