Fosforilação Oxidativa Bioquímica para Enfermagem Prof. Dr. Didier Salmon MSc. Daniel Lima

Respiração Celular Fase aeróbia do catabolismo energético

ATP 1glicose Citosol ADP HQ 2 piruvato Matriz Mitocondrial

Oxidação da Glicose Menor parte do ATP produzido na glicólise Maior parte na fosforilação oxidativa, energia proveniente de NADHs e FADH2s

Um pouco de história... Há muito tempo era conhecido um pigmento que também estava associado ao consumo de O2 MacMunn (Ingaterra, final do século XIX) – Pigmentos Respiratórios Hop Seiler, 1889 – Pigmentos descritos por MacMunn seriam contaminantes derivados da hemoglobina David Keilin, 1920 - Presença ampla dos pigmentos de MacMunn na natureza Insetos (músculos torácicos de mosca (Gasterophilus)), vermes, plantas, leveduras, tecidos humanos, etc… Citocromos: Proteínas que tem o heme como grupo prostético Miohematina Histohematina

Microespectrofotômetro de Keilin

Pigmentos Respiratórios Dando continuidade a seu trabalho, Keilin colava insetos, Galleria mellonella (uma mariposa), numa placa que colocava sob a luz forte de um microscópio, de maneira que o tórax do inseto ficasse voltado para cima. Sendo o tórax amarelo, as bandas pretas eram facilmente visualizadas. Os citocromos apresentam-se como fortes bandas escuras no estado reduzido, enquanto que no estado oxidado apresentam-se como bandas claras tornando-se praticamente invisíveis. Você pode prever se as bandas eram visualizadas, quando: a) o inseto permanecia em repouso. b) o inseto começava a vibrar as asas tentando voar. c) o inseto cessava de se mover e voltava ao repouso. d) o inseto em repouso era submetido a vapores de KCN.

Transportadores de Elétrons Funcionam em complexos ordenados em série Podem ser determinados pelas cinéticas de suas oxidações Acréscimo de O2 após determinado tempo Redução dos transportadores % citocromo reduzido N2 + succinato Tempo (s) O2 b c1 c Doador e- Aceptor e- a +d

O transportador mais próximo do O2 solta seu elétron primeiro (D) O mais distante é oxidado por último (B) Determinação da sequência dos transportadores de elétrons Succinato + N2 A B C D + O2 B C A D

Transportadores de Elétrons Sequência pode ser determinada através da utilização de inibidores O2 % citocromo reduzido N2 + succinato Antimicina b c1 c a +d Tempo (s) % citocromo reduzido N2 + succinato cianeto ou CO a+d, c, c1, b Tempo (s) O2 Succinato + N2 Succinato + N2 D A C B D A C B Antimicina A + O2 KCN + O2

Transportadores de Elétrons Sequência pode ser determinada através da utilização de inibidores

DPN = NAD+ DPNH2 = NADH + H+ NADH e O2 A oxidação de NADH está associada ao consumo de O2 (Lehninger) DPN = NAD+ DPNH2 = NADH + H+

Oxidação do NADH A oxidação do NADH só acontecia numa determinada fração celular...

Evidências... Havia uma determinada fração celular que era capaz de “consumir” (oxidar) o NADH. Nesta mesma fração celular existiam uns pigmentos (citocromos) que eram descritos como respiratórios. Tinham um comportamento diferente na presença de O2, onde eram oxidados e na presença de succinato se reduziam. Havia uma organela na celula que era capaz de oxidar os NADHs e FADH2s do ciclo de Krebs e que isso rendia ainda mais ATP que na via glicolítica

A Mitocôndria Membrana interna Membrana externa Impermeável a maioria das pequenas moléculas e íons, incluindo H+. Componentes: Cadeia respiratória ADP-ATP trocador ATP sintase Outros transportadores Membrana interna Membrana externa Permeável a íons e pequenas moléculas (10- 15000 daltons) Complexo piruvato desidrogenase Enzimas do ciclo de krebs Oxidação de ácidos graxos e aminoacidos ATP, ADP, Mg++, Ca++, K+

Mitocôndria de Músculo de Vôo de Inseto A Mitocôndria Mitocôndria de Músculo de Vôo de Inseto Mitocôndria de Fígado de Mamíferos

Essência da Fosforilação Oxidativa Complexo I Complexo II Complexo III Complexo IV

Os Complexos da Cadeia Respiratória

Potencial de Redução Ajuda a prever o movimento dos elétrons Quando as substâncias estão conectadas por um fio de metal em um circuito elétrico os elétrons fluem da substância com o potencial de redução mais baixo para o com o potencial de redução mais alto. E°’= + O,770 V E°’= + O,159 V

TABELA DE E°’ (Volts)

Variação no pot. de redução e variação de energia livre

Os diferentes coenzimas da cadeia respirátoria têm um E° que vai crescendo durante o processo de transferência de elétrons, sendo o O2 o aceptor final de elétrons

Integrando Inibidores e Potenciais de Redução Padrão

Proteínas Importantes para a Transferência de Elétrons Citocromos O ferro funciona como transportador de elétrons, variando seu estado de oxidação entre +2 e +3. Heme como Grupo Prostético

Proteínas Importantes para a Transferência de Elétrons Aglomerados Fe-S Os aglomerados Fe-S sofrem reação de óxido redução sem liberar ou captar prótons Fe-S 2Fe-2S 4Fe-4S Um único íon Ferro coordenado em tetraedro com 4 sulfidrilas de 4 cisteinas da proteína Contém 2 atómos de Ferro e 2 sulfetos inorgânicos. Tais aglomerados são, geralmente, coordenados com 4 cisteínas 4 atómos de Ferro, 4 sulfetos inorgânicos e 4 cisteínas

Proteínas Importantes para a Transferência de Elétrons Aglomerados Fe-S Fe-S 2Fe-2S 4Fe-4S Complexo III: centro de Rieske – 2 histidinas em vez das cisteínas Complexo I e II Complexo II: 3Fe-4S