Fosforilação Oxidativa

A respiração celular Fase aeróbica do catabolismo de carboidratos, lipideos, proteinas Ao nível macroscópico, a respiração se refere as trocas gasosas entre um organismo multicelular e seus meio ambiente (O2 consumido e CO2 produzido)

1 Glicose 2 Piruvato 2 ADP 2 ATP HK Citosol Mitocôndria

Rendimento de ATP pela oxidação incompleta da Glicose Apenas uma pequena parte da energia está aproveitada durante a glicólise (2ATP)

Rendimento de ATP pela oxidação completa da Glicose O resto da energia (cerca de 90%) é obtida pela oxidação completa do piruvato pelo oxigênio via oxidação das coenzimas da cadeia respiratória. Nas três etapas de oxidação de glicose, os elétrons são poduzidos por desidrogenases que utilizam como coenzimas NAD+ ou FAD.

“A oxidação de NADH está associada ao consumo de O2” Lehninger DPNH2 = NADH + H+ DPN = NAD+

Microespectrofotometro de Keilin Inglaterra, Final do século XIX - MacMunn Pigmentos respiratórios em músculos e outros tecidos (hematina intracelular) Reduzido – 4 bandas de absorção Oxidado – Nenhuma banda Além disso há muito tempo era conhecido um pigmento que também estava associado ao consumo de O2 Miohematina Histohematina Microespectrofotometro de Keilin 1889, Hop Seiler – pigmentos de MacMunn eram contaminantes derivados da hemoglobina … 1920 - David Keilin Presença ampla dos pigmentos de MacMunn na natureza Insetos (músculos torácicos de mosca (Gasterophilus) vermes, plantas, leveduras, tecidos humanos, etc … Citocromos ! Proteínas com heme como grupo prostético

Rendimento de ATP pela oxidação completa da Glicose Evidências... Havia uma organela na célula que era capaz de oxidar os NADH’s e FADH2 do ciclo de Krebs. Nesta mesma fração celular existiam uns pigmentos (citocromos) que eram descritos como respiratórios. E que isso rendia ainda mais ATP que na via glicolítica. Rendimento de ATP pela oxidação completa da Glicose

Potencial de redução (E°’) Permite prever o movimento de elétrons entre diferentes compostos. 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

TABELA DE E°’ (Volts)

Variação no potencial de redução e variação de energia livre

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 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 Renata Gonçalves Mitocôndria de fígado de mamíferos

Mecanismos de transporte – Translocadores e Sistemas de lançadeira A membrana interna da mitocôndria, ao contrário da membrana externa (10 – 15000 daltons), é impermeável a compostos com carga elétrica e íons inclusive a coenzima NADH/NAD+ e acetilCoA. Existem sistemas transportadores na membrana interna para garantir o transporte e o acesso de metabólitos à matriz mitocôndria.

CITOSOL MATRIZ Malato ADP Pi Acidos dicarboxilicos (malato, succinato e fumarato, ...) Acidos tricarboxilicos (Citrato ou isocitrato) piruvato glutamato 2Na+ Ca++ ATP OH- Pi ou Acidos dicarboxilicos aspartato ATP/ADP translocase: a mais abondante na mb: representa 15% do conteudo proteico total da mb interna da mitocôndria Como a membrana interna da mitocôndria é impermeável a NADH e NAD+, a oxidação destes compostos não pode ser feita diretamente pela cadeia de transporte de elétrons. Os elétrons são transferidos para um composto citosólico, que transporta os elétrons na matriz mitocondrial, onde é oxidado. O composto oxidado retorna ao cistosol, permitindo a continuidade do processo. Sistema de Lançadeira. Existe diferente tipos de lançadeira. Existe assim um “pool” mitocondrial de NADH e um pool cistosólico de NADH

Lançadeira Malato-Aspartato

Lançadeira glicerol 3 fosfato

Essência da fosforilação oxidativa

As diferentes coenzimas da CR têm um E° que vai crescente durante o processo de transferência de elétrons, o O2 sendo o aceptor terminal de elétrons

NADH : ubiquinona oxidoredutase Complexo I NADH : ubiquinona oxidoredutase

Succinato desidrogenase Complexo II Succinato desidrogenase

Ubiquinona:citocromo c oxidoredutase Complexo III Ubiquinona:citocromo c oxidoredutase

Complexo III e o ciclo Q Dois e- a partir de QH2 reduzem 2 moléculas de citocromo c.e 4 H+ são translocados para o espaço intermembranoso: dois do QH2 na primeira volta do ciclo e dois do QH2 na segunda volta

Complexo IV

ROS- Espécies reativas de oxigênio Doenças que podem ser vinculadas a lesão por ROS

ATP sintase

F1Fo-ATP sintase estator Microscopia crioeletrônica rotor

Teoria quimiosmótica de Mitchell Transporte exergônico de H+ acoplado a síntese endergônica de ATP

A F1Fo ATP sintase converte parte da energia quimiosmótica em trabalho mecânico

O desacoplamento ocorre principalmente no tecido adiposo marrom Desacopladores O desacoplamento ocorre principalmente no tecido adiposo marrom Rato

Inibidores da cadeia transportadora de elétrons

Regulação da via de produção de ATP FO regulada pela disponilidade de Substratos