OXIDAÇÕES BIOLÓGICAS: Cadeia respiratória e fosforilação oxidativa

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1 OXIDAÇÕES BIOLÓGICAS: Cadeia respiratória e fosforilação oxidativa

2 Metabolismo: integração entre catabolismo e anabolismo Assimilação ou processamento da mat. Orgânica Síntese de Substâncias

3 Estágio 1 Catabolismo de proteínas lipídeos e carboidratos mitocôndrias Produção de Acetil-CoA Estágio 2 Oxidação de Acetil-CoA Estágio 3 Transporte de elétrons e fosforilação oxidativa

4 Localização da glicólise e do ciclo de Krebs (tricarboxilicos ou dos ácidos cítricos) e do transporte de elétrons e fosforilação Citoplasma Interior da mitocôndria

5 A variação de energia livre na hidrólise do ATP é grande e negativa Estabilização por ressonância A hidrólise diminui a repulsão entre as cargas Ionização Os produtos formados na hidrólise do ATP são mais estáveis porque fazem ressonância e apresentam menos repulsão eletrostática

6 Existem duas formas de formação do ATP (nos animais) 1 Fosforilação ao nível de Substrato 2 Fosforilação através da cadeia transportadora de elétrons acoplada a fosforilação

7 Gliceraldeido 3-fosfato desidrogenase (1) Produto desta reação contém energia para fosforilar ADP em ATP Enzima da via glicolítica NAD produzido no citoplasma* Destino do NAD em meio aeróbico e meio anaeróbico

8 Fosforização ao nível de substrato (1) Conversão do succinil-coa em succinato Etapa de fosforilação da enzima GTP ou ATP (ΔG º = 0)

9 Mecanismo da reação da succinil-coa sintetase Inicialmente o succinil-coa se liga à enzima succinil-coa sintetase. No passo 1, um grupo fosforil ocupa o lugar da CoA no succinil-coa ligado a enzima, formando um composto acila-fosfato de alta energia. No passo 2, o succinil-fosfato cede seu grupo fosforil para um resíduo de histidina da cadeia polipeptídica da enzima, formando um derivado de alta energia. No passo 3, o grupo fosforil é transferido desse resíduo de is para o grupo fosfato terminal da molécula de GDP (ADP) formando GTP (ATP).

10 Estrutura da mitocondria Membrana externa Membrana interna Matriz mitocondrial

11 Estudo dos componentes da membrana mitocondrial

12 Complexos proteícos transportadores de elétrons O que são grupos prostéticos?

13 COMPONENTES DA CADEIA RESPIRATÓRIA COMPLEXO I: recebe elétrons do NAD COMPLEXO II: recebe elétrons do FAD 2 UBIQUINONA (Q) COMPLEXO III CITOCROMO c e COMPLEXO IV

14 FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA DO ADP NAD NAD + Succinato Fumarato ½ O 2 2 O

15 Nucleotídeos: transporte energia Cit c 2 + Espaço intermembran a F 1 Matriz F o O NAD + + NAD + 2- PO 4 + O - P O O Matriz O - P O O ADP Fumarato Succinato N N C 2 O O N 2 N N O 1/2 O ADP + P i ATP - O 2 O F 1 + O - P O O F 0 Ligações fosfoanidrido + 2 O O - P O O Ligações fosfoéster O - P O O ATP N N C 2 O O N 2 N N O Espaço intermembrana O gradiente eletroquímico de prótons gerado durante o transporte de elétrons é usado para síntese de ATP através do complexo ATPsintase

16 Potencias de óxido-redução

17 Reações de óxido-redução A red A ox + e - oxidação As formas oxidada e reduzida do composto ( A red / A ox ) constituem um sistema chamado par redox. B ox + e - B red redução A red + B ox A ox + B red reação de óxido-redução Nas reações de óxido redução biológicas, os elétrons transferidos são geralmente acompanhados de prótons ou seja há transferência de átomos de hidrogênio: A 2 + B A + B 2 (red) (ox) (ox) ( red) A tendência do par redox (Ared / Aox ) em perder ou ganhar elétrons é expressa pelo seu potencial de óxido-redução, representado por E que depende das espécies envolvidas e das concentrações da forma oxidada e reduzidas das espécies.

18 Potenciais de Oxido-reduções Fe +3 + Cu + Fe +2 + Cu +2 Fe +3 + e - Fe +2 (redução) Cu+ Cu +2 + e - (oxidação) Potencial de redução padrão (E 0 ) e - 2 (referência) NAD e - NAD (teste) Potencial de redução padrão bioquímico (E 0 ) e - 2 (referência) E = 0 V NAD e - E 0 = - 0,320 V NAD (teste) Célula eletroquímica de referência. 2 gasoso a pressão de 101 KPa e 1M de + Célula teste contendo 1M das espécies reduzida e oxidada do par redox em exame

19

20 Proteínas transportadoras de eletrons Complexo I= NAD desidrogenase Complexo II= succinato desidrogenase Complexo III= ubiquinona: citocromo c oxidoredutase Citocromo c Complexo IV= citocromo oxidase

21 Coenzima Q ou ubiquinona Cadeia lateral composta de unidades isoprênicas. Não é uma proteína. Naureza hidrofóbica = mobilidade na fase lipídica da membrana. Recebe 2 protons e dois eletrons e se torna reduzida (ubiquinol).

22 O ion Ferro presente no grupo heme é o responsável pela capacidade de transferência de eletrons destas proteínas, alternado seu estado de oxidação de Fe +2 e Fe +3. O grupo heme varia de citocromo para citocromo conforme seus grupos substituintes. Também diferem quanto aos ligantes axiais do ion ferro.

23 A PRODUÇÃO DE ATP É ENZIMÁTICA

24 Complexo ATP sintase compreende dois componentes: cada componente é constituído de várias cadeias polipeptídicas. Uma porção, esférica, chamada de fator de acoplamento 1 (F 1 ) que contém os sítios de síntese de ATP. A segunda porção fica embebida na membrana interna mitocondrial interna, constituindo um canal para a entrada de prótons (F o ) assim chamado porque contém um sítio de ligação para a oligomicina, um inibidor da ATP sintase.

25 COMPONENTES DA FoF1ATPase

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