COMO AS CÉLULAS SINTETIZAM ATP ? CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS E FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA

SINTETIZAM ATP ÀS CUSTAS DA OXIDAÇÃO DE COENZIMAS – NADH E FADH 2 AS COENZIMAS SÃO PREVIAMENTE REDUZIDAS NO CICLO DE KREBS E NA BETA OXIDAÇÃO DE ÁCIDOS GRAXOS (principalmente) NA SÍNTESE DE ATP ESTÃO ENVOLVIDAS A CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS E A ENZIMA ATP SINTASE AMBOS LOCALIZADOS NA MEMBRANA INTERNA DA MITOCÔNDRIA

A CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS E A ENZIMA ATP SINTASE ESTAO LOCALIZADAS NA MEMBRANA INTERNA DA MITOCÔNDRIA 2 um de comprimento e 5 um de diametro. Eugene Kennedy and Albert Lehninger: complexos respiratórios e enzimas do Ciclo de Krebs e Oxidacao dos Acidos Graxos. Membrana externa contem porina e membrana interna e altamente impermeavel.

O Ciclo de Krebs e a oxidacao de acidos graxos só funciona em AEROBIOSE Isto porque o Oxigênio é necessário para oxidar as Coenzimas NADH e FADH 2

Beta-oxidação de ácidos graxos Tiólise Desidrogenação Hidratação Oxidação FADH 2 NADH

A Oxidação das Coenzimas é feita pela CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS, localizada na membrana interna da Mitocôndria

Na cadeia respiratoria, os eletrons fluem dos componentes com potencial de oxido- reducao mais negativo para aqueles mais postivos. Um agente redutor forte (como o NADH) tem a tendencia de doar eletrons e tem um potencial de reducao negativo, enquanto um agente oxidante forte (como o O2) esta pronto para aceitar eletrons e tem um potencial de reducao positivo.

COMPONENTES DA CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS - NADH:Q oxidorredutase (I) * - Succinato: Q-oxidorredutase (II) - Q:citocromo c oxidorredutase (III) * - Citocromo c oxidase (IV) * - ATP-sintase

CADEIA RESPIRATORIA: 3 bombas de protons

COMPLEXO I: NADH-coenzima Q redutase Contém cerca de 34 subunidades e massa de 880 kd NADH + H + + Coenzima Q (ox) NAD + + Coenzima QH2 Primeira porta de entrada de elétrons na cadeia - NADH O complexo I contem uma molecula de FMN que aceita dois átomos de hidrogênio. Contém também os centros ferro-enxofre, necessarios para a tranferencia de hidrogenios para a ubiquinona. O fluxo de dois eletrons pelo complexo I leva ao bombeamento de 4 H+ para for a da mitocondria.

Ubiquinona ou Coenzima Q Isoprenóide não polar que se movimenta na membrana da mitocôndria transportando elétrons 2H+ 2e+ A coenzima Q e ubiqua nos sistemas biologicos. Ela pode aceitar hidrogenios tanto do FADH2 como da NADH- desidrogenase (complexo I)

COMPLEXO II – denominado Succinato Coenzima Q oxidorredutase Contém 4 subunidades e massa de 140 kd Segunda porta de entrada de elétrons na cadeia – FADH 2 FADH 2 + Coenzima Q (ox) FAD + Coenzima Q(red) O complexo II e o elo fisico entre o ciclo de Krebs e a cadeia respiratoria. O complexo II nao bombea protons para o espaco entre membranas.

COMPLEXO III –Coenzima Q- citocromo c oxidorredutase E um dimero e cada monomero contem 11 subunidades e massa de 250 kd Coenzima QH2 + Citocromo c (ox) Coenzima Q (ox) + Citocromo c (red) O fluxo de dois eletrons pelo complexo III leva ao bombeamento de 4 H+ para fora da mitocondria. O complexo III contem os citocromos b, c1 e c. Cada citocromo contem um grupo heme. O complexo III contem tambem centros ferro-enxofre.

Complexo IV – Citocromo c oxidase, Contém cerca de 13 subunidades e massa de 160 kd Citocromo c (red) + Citocromo a (ox) Citocromo c (ox) + Citocromo a (red) Citocromo a (red) + Citocromo a 3 (ox) Citocromo a 3 (red) + Citocromo a (ox) Citocromo a 3 (red) + OXIGÊNIO Citocromo a 3 (ox) + H 2 O O complexo IV contem os citocromos a e a3 e contem tambem tres ions cobre O fluxo de dois eletrons pelo complexo IV leva ao bombeamento de 4 H+ para fora da mitocondria.

ATP-sintase

ATP SINTASE Formada por dois componentes: F o – Canal por onde passam os prótons e F 1 – Porção onde ocorre a catálise

ATP SINTASE Peter Mitchel, 1961 – formulou a hipotese quimiosmotica, na qual a oxidacao e fosforilacao estao acopladas por um gradiente de protons.

CADEIACADEIA ATP SINTASE

Síntese de ATP Os prótons bombeados para fora da membrana interna da mitocôndria, VOLTAM para dentro da mitocôndria através de um canal representado pela ATP sintase Ao voltar para dentro, ocorre liberação de energia que é utilizada pela ATP sintase para a síntese de ATP Fosforilação oxidativa ADP + Pi ATP ATP sintase

CADEIACADEIA ATP sai da mitocôndria para o citoplasma através de um transportador Transportador de ATP

Na passagem dos elétrons pelos transportadores da cadeia, prótons são bombeados para fora da membrana interna da mitocôndria

CONTROLE RESPIRATÓRIO O transporte de elétrons e a síntese de ATP são processos intimamente acoplados Só há oxidação das coenzimas se houver síntese de ATP ADP atinge concentrações limitantes na célula. É o regulador dos dois processos Quando ATP é consumido, ADP aumenta e há um estímulo dos dois processos. Quando há muito ATP, há pouco ADP e os dois processos são mais lentos.

Derivados toxicos do oxigenio molecular podem ser formados na ultima etapa da Cadeia Respiratoria. Formas reativas do oxigenio (ROS, reactive oxygen species), como o anionte superoxido e o peroxido de hidrogenio sao formadas em quantidades pequenas. ROS podem desencadear cascatas de oxidacao nas celulas, resultando em mutacoes e no aparecimento de doencas. Os ROS sao destruidos pela superoxido dismutase e pelas catalases. Anti-oxidantes naturais incluem ainda as vitaminas E e C.

Rendimento Energético Para 1 mol de NADH oxidado, a variação de energia livre permite sintetizar 3 moles de ATP Para 1 mol de FADH 2 oxidado, a variação de energia livre permite sintetizar 2 moles de ATP

A Oxidação completa de 1 mol de GLICOSE a CO 2 e H 2 O produz 38 moles de ATPs IV- 10NADH e 2FADH 2 pela cadeia e PO – 34 ATP I – Glicose a 2 piruvatos – 2NADH, 2ATP II- 2 piruvato a 2 Acetil-CoA – 2NADH III- 2 Acetil-CoA pelo ciclo de Krebs – 6NADH, 2FADH 2, 2GTP 10NADH, 2FADH 2,2ATP, 2GTP Glicose + 6O ADP + 38Pi 6CO 2 + 6H 2 O + 38 ATP

Inibidores da Cadeia de transporte de elétrons Complexo I – Rotenona (inseticida), Barbitúricos (hipnóticos, Amital) Complexo II - Malonato Ubiquinona (Coenzima Q) – não conhecido Complexo III – Antimicina A Citocromo c – não conhecido Complexo IV – Cianeto, Monóxido de Carbono, Azida sódica, Ácido sulfídrico Estes compostos param o funcionamento da cadeia, não há síntese de ATP e são potencialmente letais

Complexo 2 Inibidores da cadeia de transporte de elétrons Rotenona Amital Malonato Antimicina A CN, CO, Azida O bloqueio da Cadeia termina bloqueando a síntese de ATP

Oligomicina – Liga-se a F o e inibe a síntese de ATP Oligomicina

Desacopladores Dissocia o transporte de elétrons do processo de síntese de ATP DNP composto hidrofóbico que atravessa a membrana interna da mitocôndria e transporta prótons Os prótons deixam de passar pela ATP sintase e pára a síntese de ATP No passado, DNP usado como agente emagrecedor