Mecanismos de síntese de ATP (parte 2)

Transcrição

1 Mecanismos de síntese de ATP (parte 2)

2 Respiração celular

3 Na Antiguidade... Acreditava-se que tudo na Natureza era composto por 4 ELEMENTOS: TERRA, ÁGUA, AR E FOGO Hipócrates ( a.c.) - doenças eram causadas por desequilíbrio dos humores

4 O quinto elemento, a quinta essência ou a ALMA DA MATÉRIA Aristóteles ( a.c.) A Escola de Atenas Rafael

5 O quinto elemento ou a ALMA DA MATÉRIA mantinha os elementos unidos e sua perda levava à morte ou à desintegração uva vinho vinagre BOLHAS: liberação da alma da matéria

6 Os alquimistas ~ 100 a.c. - buscavam a transformação da matéria - queriam isolar a quinta essência aquecimento cinabre (HgO) mercúrio vivo (Hg)

7 O FLOGÍSTICO George Ernst Stahl ( ) Todo corpo suscetível à combustão contém um princípio de inflamabilidade (FLOGÍSTICO), que é liberado durante a queima. Vários químicos passaram a tentar isolar o flogístico

8 A descoberta do gás carbônico Aquecimento do carbonato de cálcio: perda de peso Joseph Black ( ) formação de pó branco Gás desprendido não permitia a queima da vela ou a respiração de animais AR FIXO

9 A descoberta do oxigênio Carl W. Scheele ( ) Joseph Priestley ( ) AR DEFLOGISTICADO Até então, ainda se acreditava na teoria do flogístico, até que...

10 Observações de Lavoisier Antoine L. Lavoisier ( ) Queima de substâncias com fósforo e enxofre: ganho de peso ao invés de perda de peso Como poderiam ganhar peso na queima se o flogístico era perdido?

11 Observações de Lavoisier aquecimento brando aquecimento intenso mercúrio vivo (Hg) cinabre (HgO) mercúrio vivo (Hg) antes de aquecer aquecimento brando aquecimento intenso ar mercúrio metálico - formação do cinabre - consumo do ar - reformação de mercúrio metálico - liberação de gás

12 Observações de Lavoisier aquecimento perda de peso

13 Observações de Lavoisier aquecimento ganho de peso

14 Na Natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma

15 Mas como seriam as transformações?

16 Mas Lavoisier ainda tinha dúvidas... A queima da matéria orgânica e a respiração são fenômenos semelhantes? Consomem OXIGÊNIO e liberam GÁS CARBÔNICO Mas há outra variável: Quando a vela queima, consome OXIGÊNIO e libera GÁS CARBÔNICO e produz CALOR A respiração produz CALOR? Como medir?

17 O calorímetro de Lavoisier e Laplace Lavoisier Laplace

18 O experimento Produção de CO 2 Gelo derretido Gelo derretido/co 2 produzido Matéria orgânica 112,35 g 2998 g 26,69 Cobaia 11,87 g 330,3 g 27,80 A respiração é portanto uma combustão, muita lenta, é verdade, mas de qualquer forma, perfeitamente semelhante à combustão do carvão ou de qualquer matéria orgânica. Ela ocorre no interior dos pulmões sem produzir luz perceptível, porque a matéria liberada pelo fogo é imediatamente absorvida pela umidade dos tecidos. (Lavoisier, 1787) Corpo + O 2 CO 2 + H 2 O + calor Lavoisier foi guilhotinado em 8 de maio de 1794

19 Início do século XX... Queria entender as etapas da equação de combustão de Lavoisier Desenvolveu um método manométrico para medir o consumo de O 2 e a produção de CO 2 Otto Warburg ( ) Nobel Prize in Physiology or Medicine 1931 Propôs a existência de uma enzima respiratória contendo ferro - Atmungsferment Respirômetro de Warburg

20 Grande controvérsia entre Heinrich Wieland e Otto Warburg X Oxidações biológicas eram catalisadas por enzimas desidrogenases que ativavam hidrogênios que eram retirados dos intermediários metabólicos Oxidações biológicas eram catalisadas por uma enzima contendo ferro ( Atmungsferment ) o ferro era oxidado pelo O 2 e reduzido pelos intermediários metabólicos

21 Solução da controvérsia em

22 David Keilin ( )

23 Espectro de absorção dos músculos do tórax David Keilin ( ) prisma lente Redescobriu um pigmento anteriormente descrito por C. A. MacMunn, e o chamou citocromo lente abelha luz

24 posição das bandas em diferentes organismos

25 Leveduras em repouso a+a3 b c c1

26 Agitação vigorosa da suspensão de leveduras na presença de O 2 a+a3 b c c1

27 Agitação vigorosa da suspensão de leveduras na presença de O 2 a+a3 b c c1

28 Agitação vigorosa da suspensão de leveduras na presença de O 2 a+a3 b c c1

29 Agitação vigorosa da suspensão de leveduras na presença de O 2 a+a3 b c c1

30 Leveduras em repouso a+a3 b c c1

31 a+a3 b c c1

32 a+a3 b c c1

33 a+a3 b c c1

34 a+a3 b c c1

35 atmungstferment Sistema Warburg-Keilin

36 Em Experimento clássico de Belitser & Tsybakova Incorporação do fosfato I- sem adição II- N 2 (sem O 2 ) III- N 2 + piruvato IV- O 2 + piruvato IV- O 2 sem piruvato Consumo de O 2

37 Hipótese quimiosmótica proposta por Peter Mitchell em 1961 Peter Mitchell ( ) outer membrane NADH FADH e - e - e - e - e O 2 H 2 O inner membrane Nobel Prize in Chemistry 1978 NAD + FAD ADP + Pi ATP

38 Reaction Reduction potential (V) 2 + 2e - H NAD + + 2e - NADH NADH dehydrogenase (FNM) e - NADH dehydrogenase (FNMH 2 ) Ubiquinone e - ubiquinol cytochrome b (Fe 3+ ) + e - cytochrome b (Fe 2+ ) cytochrome c 1 (Fe 3+ ) + e - cytochrome c 1 (Fe 2+ ) cytochrome c (Fe 3+ ) + e - cytochrome c (Fe 2+ ) cytochrome a (Fe 3+ ) + e - cytochrome a (Fe 2+ ) cytochrome a 3 (Fe 3+ ) + e - cytochrome a 3 (Fe 2+ ) ½ O e - H 2 O 0.817

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40 glycerol-3p dihydroxyacetone-p FAD cytc e - e - e - e - Q e- e - e FAD e NADH NAD + succinate FAD fumarate trans-enoyl-coa acyl-coa O 2 H 2 O ADP + Pi ATP

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42 Q QH 2 mitochondrial matrix NADH NAD + e - e - e- ubiquinone Fe-S clusters e - FMN

43 heme b QH 2 e - e - Q ubiquinone e - e - e - Fe-S clusters e - fumarate succinate FAD mitochondrial matrix

44 ubiquinone Q myristoyl-coa acyl-coa transenoyl-coa e - FeS e - e- FAD FAD FAD e - QH 2 VLCAD ETF ETF:QO mitochondrial matrix

45 FAD glycerol-3-phosphate DHAP e - ubiquinone Q QH 2 mitochondrial matrix

46 glycerol-3p dihydroxyacetone-p FAD cytc e - e - e - e - Q e- e - e FAD e NADH NAD + succinate FAD fumarate trans-enoyl-coa acyl-coa O 2 H 2 O ADP + Pi ATP

47 oxidized form: ubiquinone half-reduced radical: semi-quinone reduced form: ubiquinol

48 oxidized cytochrome c reduced cytochrome c heme c e - e - QH 2 Q e - Fe-S center heme b mitochondrial matrix

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50 reduced cytochrome c CuA center oxidized cytochrome c e - heme a O 2 H 2 O e - CuB center mitochondrial matrix heme a 3

51 glycerol-3p dihydroxyacetone-p FAD cytc e - e - e - e - Q e- e - e FAD e NADH NAD + succinate FAD fumarate trans-enoyl-coa acyl-coa O 2 H 2 O ADP + Pi ATP

52 A B 4 c a ԑ γ b 4 ADP + Pi β α β ATP α β α δ mitochondrial matrix

53 G (kj/mol) A B C reaction coordinate

54 Inibidores Rotenona (insecticida) Amital (barbitúrico) Malonato Antimicina A (antibiótico) CO CN - N 3 - Oligomicina (antibiótico, fungicida) DCCD

55 Desacopladores

56 Autorização para reprodução solicitada Figura ok Feita pela Springer Figures Box II.3.7

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