FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA

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Gonçalo Fontes Penha
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1 FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA

2 Fosforilação oxidativa Peter Mitchell (1961) O intermediário energético necessário para a formação ATP (ou fosforilação de ADP), é a diferença na concentração de prótons através da membrana

Acontece em uma organela altamente especializada Toda a energia produzida (na forma de carreadores de elétrons) durante a oxidação dos carboidratos, lipídeos e

3 Acontece em uma organela altamente especializada Toda a energia produzida (na forma de carreadores de elétrons) durante a oxidação dos carboidratos, lipídeos e aminoácidos é utilizada para síntese de ATP A fosforilação oxidativa (FO) é o estágio final do metabolismo produtor de energia nos organismos aeróbicos (redução do O 2 em água)

- Fosforilação oxidativa MME permeável a pequenas moléculas e íons MMI impermeável a pequenas moléculas Componentes da cadeia respiratória Transportadores ADP-ATP Outros

4 - Fosforilação oxidativa MME permeável a pequenas moléculas e íons MMI impermeável a pequenas moléculas Componentes da cadeia respiratória Transportadores ADP-ATP Outros transportadores de membrana ATP sintase Matriz Complexo piruvato desidrogenase Enzimas do TCA, oxidação ácidos graxos e a.a. ATP, ADP, Pi, Mg 2+, Ca 2+, K + Intermediários solúveis DNA e ribossomos

MME EIM MMI Matrix 4 4 2 I NAD+ Q II FAD Fumarato Succinato Q

5 MME EIM MMI Matrix I NAD+ Q II FAD Fumarato Succinato Q III C C IV ½O₂ ATP 3 ATPase ADP+Pi ADP ADP ATP ATP Pi Pi

6 NAD menor E que outros transportadores da cadeia respiratória Potencial de redução Afinidade por e - Oxigênio mais eletronegativo, maior E, último aceptor de elétrons

7 Transportadores de elétrons Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo NAD e NAD+ Coenzima hidrossolúvel Atua junto com as desidrogenases retirando elétrons nas vias catabólicas Transporta íon hidreto (2e - e 1 + ) Não passa pela MMI, tem transferência indireta (via malato-aspartato) Tem menor potencial de redução que os outros componentes da cadeia respiratória

a glicólise não pode transferir diretamente seus elétrons para os componentes da cadeia

8 Transportadores de elétrons Como o NAD+ entra na glicólise na matriz da mitocôndria? O NAD+ da glicólise se comporta energeticamente como um FAD NAD formado no citossol durante a glicólise não pode transferir diretamente seus elétrons para os componentes da cadeia respiratória. Usa o glicerol 3-P formado da hidrólise dos triglicerídeos e uma desidrogenase mitocondrial

9 Transportadores de elétrons Flavina adenina dinucleotídeo FAD e FAD₂ Coenzima ligada às flavoproteínas Transporta 1 ou 2 átomos de Podem servir de intermediários nas reações que doam 2 e - para receptores que aceitam apenas 1 e -

10 Transportadores de elétrons Como entra o FAD₂ dos ácidos graxos na matriz da mitocôndria? os FAD produzidos na β-oxidação são introduzidos na cadeia de elétrons pela ação da flavoproteína ubiquinona oxidorredutase (ETF-Q oxidorredutase),a proteína pega os elétrons e os utiliza para reduzir a ubiquinona

11 Transportadores de elétrons Coenzima Q Transportador de elétrons ligado à MMI Lipídeo solúvel (possui longa cadeia isoprenóide lateral) Molécula pequena e hidrofóbica difunde pela membranas levando e- entre carreadores menos móveis Pode aceitar 1 ou dois átomos de (2 etapas)

12 Transportadores de elétrons Citocromos Transferem elétrons diretamente por redução do Fe 3+ a Fe 2+ do grupo heme (anel tetrapirrolico com átomo de ferro) Proteínas que tem como característica um absorção intensa de luz visível possuem um grupo heme ligado

13 Fosforilação oxidativa Transportadores de elétrons Citocromos Quando o grupo heme está reduzido pode absorver luz em 3 comprimentos de onda, isso classifica os citocromos nas mitocôndrias.

Proteínas ferro-enxofre Complexo I NAD:ubiquinona oxidorredutase ou NAD desidrogenase 42 cadeias polipeptídicas diferentes 1 flavina mononucleotideo (FMN) e 8 centros Fe-S Forma L com um braço na

14 Proteínas ferro-enxofre Complexo I NAD:ubiquinona oxidorredutase ou NAD desidrogenase 42 cadeias polipeptídicas diferentes 1 flavina mononucleotideo (FMN) e 8 centros Fe-S Forma L com um braço na membrana e um na matriz Só recebe elétrons do NAD da matriz Transfere os dois elétrons do NAD e dois prótons ( + ) da matriz para a ubiquinona Transfere 4 + para o espaço intermembranas (bomba de prótons)

centros Fe-S Única enzima do TCA que está fortemente ligada à

15 Proteínas ferro-enxofre Complexo II Succinato desidrogenasse ou Succinato redutase 4 proteínas diferentes, um FAD e 3 centros Fe-S Única enzima do TCA que está fortemente ligada à MMI Elétrons passam do succinato para o FAD, centro Fe-S e ubiquinona

Proteínas ferro-enxofre Complexo III - Complexo dos citocromos bc 1 ou ubiquinona:cit c oxidorredutase Complexo é um dímero de monômeros iguais constituídos por 11 subunidades diferentes

16 Proteínas ferro-enxofre Complexo III - Complexo dos citocromos bc 1 ou ubiquinona:cit c oxidorredutase Complexo é um dímero de monômeros iguais constituídos por 11 subunidades diferentes Monômero possui: cit b cit c 1 proteína Fe-S Monômeros formam duas cavidade O centro de ferro passa do estado reduzido Fe² ao oxidado Fe³ Recebe 2e - da ubiquinona e transferem para o citocromo c

17 Proteínas ferro-cobre Complexo IV Citocromo oxidase Complexo formado por 13 subunidades com 204kD Possui dois centros de transferência de e - CobreA subunidade II (dois átomos de cobre complexados a resíduos de cisteína) CobreB subunidade I com dois grupos heme (nesse centro ocorre a redução do O 2 com formação de água)

Proteínas ferro-cobre Complexo IV Citocromo oxidase Passo final da fosforilação oxidativa onde 4 cit c doam os elétrons (1 de cada vez) para centro CuA que passa os elétrons para o

18 Proteínas ferro-cobre Complexo IV Citocromo oxidase Passo final da fosforilação oxidativa onde 4 cit c doam os elétrons (1 de cada vez) para centro CuA que passa os elétrons para o centro CuB. Nesse local ocorre a redução do O 2 em 2 O pela utilização de quatro + da matriz. Além disso, por um processo desconhecido 4 íons + são bombeados para o espaço intermembranas

19 Na cadeia respiratória os elétrons fluem espontaneamente do complexo I e II para a coenzima Q. Q 2 funciona como um transportador móvel de elétrons que os transfere para o complexo III. Complexo III passa os elétrons para a outra conexão móvel, o citocromo c, Cit c transfere os elétrons para o complexo IV que vão reduzir o O 2 Resumo

Durante a transferência de elétrons na cadeia respiratória existe um fluxo de prótons para o espaço intermenbranas e como a MMI é impermeável cria-se uma diferença de concentração de +

20 Durante a transferência de elétrons na cadeia respiratória existe um fluxo de prótons para o espaço intermenbranas e como a MMI é impermeável cria-se uma diferença de concentração de + na MMI MME EIM MMI Matrix I NAD Q Q II FAD Fumarato Succinato III C C IV ½O₂ + 2 ₂O O fluxo de prótons a favor de seu gradiente fornece energia para a síntese de ATP via ATPase.

21 MME EIM MMI Matrix I NAD+ Q II FAD Fumarato Succinato Q III C C IV ½O₂ ATP 3 ATPase ADP+Pi ADP ADP ATP ATP Pi Pi

Fosforilação oxidativa Grande complexo enzimático na membrana mitocondrial interna Apresenta dois componentes estruturais F 1 (proteína periférica de membrana - matriz) F 0 (proteína integral da

22 Fosforilação oxidativa Grande complexo enzimático na membrana mitocondrial interna Apresenta dois componentes estruturais F 1 (proteína periférica de membrana - matriz) F 0 (proteína integral da membrana) Catalisa a formação de ATP a partir de ADP e Pi acompanhado do fluxo de prótons do espaço intermembrana para a matriz ATP sintase é a que transforma a energia cinetica do ATP em energia química

23 Fosforilação oxidativa Região F 1 3 subunidades e 3 β alternadas em torno de um eixo (γ) Região F 0 3 subunidades a, b e c cadeias na forma de -hélice, formando um canal onde ocorre o fluxo de prótons

24 Fosforilação oxidativa O fluxo de prótons faz com que a subunidade γ se ligue a diferentes subunidades β. Um conjunto αβ se liga com grande afinidade ao ATP, o outro se liga ao ADP e Pi, e o terceiro à subunidade γ, permanecendo vazio. A ligação da cadeia γ altera a configuração das outras cadeias β A alteração conformacional proporciona a menor afinidade pelo ATP, liberando-o e induzindo a subunidade vizinha a se ligar com o ADP e Pi A configuração β-adp proporciona a síntese de ATP

25 Fosforilação oxidativa Resumindo Cadeia de elétron 1 NAD+ 10 2,5 ATP 2,5 Pi dentro da matrix Cadeia de elétron 1 FAD 6 1,5 ATP 1,5 Pi dentro da matrix

26 Fosforilação oxidativa Resumindo Respiração Processo Glicólise Ac. Pirúvico Acetil CoA Ciclo de Krebs Citoplasma Matrix da mitocôndria Cadeia de elétrons 2 ATP 2 NAD 12 2 ATP 3 ATP 2 NAD 20 5 ATP 2 GTP 6 NAD 2 FAD Total 2 ATP 15 ATP 3 ATP 30 ATP

27 Transporte do ATP O ATP sintetizado no interior da mitocôndria deve sair para cumprir suas funções Sistema Antiporte Sistema Simporte

Controle da fosforilação oxidativa O controle da fosforilação oxidativa permite que as células produzam apenas a quantidade de ATP que é necessária para manter as suas atividades.

28 Controle da fosforilação oxidativa O controle da fosforilação oxidativa permite que as células produzam apenas a quantidade de ATP que é necessária para manter as suas atividades. As mitocôndrias só podem oxidar NAD e FAD quando tem uma concentração suficiente de ADP e Pi. Quando o todo ADP se tornou ATP diminui o consumo de oxigênio A proporção máxima medida para a oxidação de NAD e FAD é de 2,5 ATP é de 1,5 ATP, 3 e 2 são consideradas mais práticas. O substrato mas importante no controle da fosforilação oxidativa é o ADP

29 Inibidores do fluxo de elétron Inibidores do transporte de elétron Rotenona Azul de Metileno Gramicidina A - Amital Inibidores da fosforilação ou sínteses do ATP Oligomicina Desacoplantes do TE e FO Cianuro

30 Atenção A revisão para prova e entrega dos ED para dia 1/10 das 17:30 as 18:30hs na sala 13. Nessa revisão vocês podem tirar duvidas do estudo dirigido.

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