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

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

2 SINTETIZAM ATP ÀS CUSTAS DA OXIDAÇÃO DAS COENZIMAS NADH E FADH 2 PELO OXIGÊNIO AS COENZIMAS REDUZIDAS SÃO PRODUZIDAS NA MATRIZ MITOCONDRIAL NO CICLO DE KREBS E NA BETA OXIDAÇÃO DE ÁCIDOS GRAXOS NA SÍNTESE DE ATP ESTÃO ENVOLVIDAS A CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS E A ENZIMA ATP SINTASE AMBAS LOCALIZADAS NA MEMBRANA INTERNA DA MITOCÔNDRIA

3 Citossol Retículo Endoplasmático Mitocôndria

4 Krebs O Ciclo de Krebs só funciona em AEROBIOSE Isto porque o Oxigênio oxida as Coenzimas NADH e FADH 2 Se as coenzimas não forem oxidadas, o ciclo de Krebs não funciona

5 A Oxidação das Coenzimas é feita pela CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS, localizada na membrana interna da Mitocôndria Só ocorre em presença de Oxigênio

6 Matriz mitocondrial Membrana interna β-oxid NADH FADH 2 C A D E I A

7 A CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS é formada por 6 componentes Complexo I Complexo II Ubiquinona (Coenzima Q) Complexo III Citocromo c Complexo IV Os 4 complexos são de natureza protéica e tem atividade enzimática

8 COMPONENTES DA CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS Membrana externa

9 COMPLEXO I denominado NADH-coenzima Q redutase Contém várias proteínas (10 a 40) Primeira porta de entrada de elétrons na cadeia via NADH Os elétrons passam do NADH para o Complexo I e deste para a Coenzima Q Prótons são lançados para fora da matriz para o espaço entre as membranas NADH é oxidado a NAD +

10 COMPLEXO II denominado Succinato Coenzima Q redutase Contém várias proteínas FAD Segunda porta de entrada de elétrons na cadeia via FADH 2 Os elétrons passam do FADH 2 para o Complexo II e deste para a Coenzima Q FADH 2 é oxidado a FAD

11 Ubiquinona ou Coenzima Q Isoprenóide apolar que se movimenta na membrana (fosfolipídios) da mitocôndria transportando elétrons 2H+ 2e+ O isopreno (2-metil-1,3-butadieno) é um hidrocarboneto alifático, com 5 átomos de carbono e duas ligações duplas conjugadas com a fórmula CH 2 = CH-C(CH 3 ) = CH 2.

12 COMPLEXO III denominado Coenzima Q- citocromo c redutase Contém várias proteínas Os elétrons passam da Coenzima Q para o Complexo III e deste para o cit c Prótons são lançados para fora da matriz para o espaço entre as membranas

13 Citocromos são proteínas transportadoras de elétrons que contém HEME como grupo prostético Grupo Heme: Fe 3+ (oxidado) e Fe 2+ (reduzido)

14 Citocromo c Citocromo c Proteína pequena exposta na superfície da membrana interna da mitocôndria. Recebe elétrons do Complexo III e os leva para o Complexo IV

15 Complexo IV Citocromo c oxidase contém dois citocromos (a e a 3 ) e dois íons Cobre Notar que o Oxigênio está na matriz mitocondrial 2H + + ½ O 2 H 2 O Forma-se H 2 O

16 Resumo: Fluxo dos Elétrons Compostos NADH ou FADH 2 Oxigênio Nota: Durante o transporte de elétrons Prótons são lançados para o espaço entre as membranas interna e externa da Mitocôndria

17 Inibidores da Cadeia de transporte de elétrons Complexo I Rotenona (inseticida), Barbitúricos (hipnóticos, Amital) Complexo II - Malonato Ubiquinona (Coenzima Q) Inibidor não conhecido Complexo III Antimicina A Citocromo c Inibidor não conhecido Complexo IV Cianeto, Monóxido de Carbono, Azida sódica Estes compostos interrompem o funcionamento da cadeia, são potencialmente letais. Inibem a síntese de ATP

18 Rotenona Amital Antimicina A CN, CO, Azida Malonato

19 Em presença de Rotenona e Amital NADH não é oxidado, mas FADH 2 SIM Nota: Substratos que originam NADH: piruvato, isocitrato, alfa-cetoglutarato, malato, ácidos graxos. Exercício 1: ver onde são produzidos Em presença de Malonato FADH 2 não é oxidado, mas NADH SIM Nota: Substratos que originam FADH 2 : succinato e ácidos graxos. Exercício 2: ver onde são produzidos Em presença de CN, CO ou Azida NADH e FADH 2 NÃO são oxidados.

20 QUAL A RELAÇÃO ENTRE A CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS E A SÍNTESE DE ATP?

21 Na passagem dos elétrons pelos transportadores da cadeia, prótons (H + ) são bombeados para fora da membrana interna da mitocôndria Prótons se acumulam no espaço intermembranar Membrana Externa Membrana Interna ATP sintase

22 ATP SINTASE (Enzima) Formada por dois componentes proteicos: F o Canal por onde passam os prótons e F 1 Porção onde ocorre a catálise F o F 1 ADP + Pi ATP

23 Síntese de ATP Os prótons do espaço intermembranar VOLTAM para a matriz mitocondrial pelo canal da ATP sintase ( F o ) Ao voltar para a matriz mitocondrial, ocorre liberação de energia que é utilizada para a síntese de ATP numa reação catalisada pela porção F 1 da ATP sintase ADP + Pi ATP sintase ATP Este processo é denominado Fosforilação oxidativa

24 Membrana Externa Membrana Interna ATP sintase

25 INIBIDOR DA ATP SINTASE OLIGOMICINA: Liga-se a Fo, inibe a passagem de prótons e por isto inibe a síntese de ATP Oligomicina ADP + Pi ATP

26 NOTA: Os inibidores da cadeia de Transporte de Elétrons também inibem a síntese de ATP pois impedem que os prótons sejam bombeados para fora da membrana interna da mitocôndria Oligomicina também acaba inibindo a cadeia de Transporte de Elétrons pois os prótons não conseguem voltar para a matriz e se acumulam no espaço intermembranar

27 REGULAÇÃO DA CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS E DA SÍNTESE DE ATP O transporte de elétrons e a síntese de ATP são processos intimamente acoplados Quando há muito ATP, há pouco ADP e os dois processos são mais lentos Quando ATP é consumido, ADP aumenta e há um estímulo dos dois processos

28 Desacopladores Dissociam o transporte de elétrons do processo de síntese de ATP DNP é um composto hidrofóbico que circula pela membrana interna da mitocôndria Transporta prótons do espaço entre as membranas para a matriz mitocondrial Os prótons deixam de passar pela ATP sintase e para a síntese de ATP

29 No passado, DNP foi usado como agente emagrecedor. Por que??? Quantidades elevadas de DNP podem levar à morte Por que???

30 ATP sai da mitocôndria para o citoplasma através de um transportador sendo utilizado em várias reações

31 Rendimento Energético Para 1 mol de NADH oxidado, a quantidade de H + ejetada permite sintetizar 3 moles de ATP Para 1 mol de FADH 2 oxidado, a quantidade de H + ejetada permite sintetizar 2 moles de ATP

32 Produção de ATP numa volta do ciclo de Krebs 3 NADH = 9 ATPs 1 FADH 2 = 2 ATPs 1 GTP = 1 ATP Total = 12 ATPs são sintetizados a cada volta do ciclo de Krebs

33 A Oxidação completa de 1 mol de GLICOSE a CO 2 produz 38 moles de ATPs e H 2 O I Glicose a 2 piruvatos 2 NADH, 2 ATP II- 2 piruvato a 2 Acetil-CoA 2 NADH III- 2 Acetil-CoA pelo ciclo de Krebs 6 NADH, 2 FADH 2, 2 GTP Glicose a CO 2 10 NADH, 2 FADH 2,2 ATP, 2 GTP 10 NADH = 30 ATPs 2 FADH 2 = 4 ATPs 2 GTP = 2 ATP 2 ATP = 2 ATP Total = 38 ATPs são sintetizados na oxidação COMPLETA da glicose

34 Oxidação completa de um ácido graxo a CO 2 e H 2 O Exemplo: A Oxidação completa de 1 mol de um ácido graxo de 12 Carbonos a CO 2 e H 2 O produz 97 moles de ATP I Ativação do ácido graxo gasto de 1 ATP (duas ligações P ricas em energia) II 5 Ciclos de beta oxidação 6 Acetil-CoA 5 FADH 2 5 NADH III Cada Acetil-CoA vai para o ciclo de Krebs

35 III Cada Acetil-CoA vai para o ciclo de Krebs 6 Ciclos de Krebs = 72 ATPs 6 Acetil-CoA 72 ATPs 5 FADH 2 10 ATPs 5 NADH 15 ATPs TOTAL 97 ATPs Gasto de 1 ATP para ativar = Rendimento 96 ATPs Se considerarmos 2 ligações fosfato ricas em energia, então = Rendimento 95 ATPs

36 Exercício: Compare o rendimento de ATP de 1 mol de ácido graxo de 6 Carbonos e de um mol de glicose (6C) Qual produz mais ATP?