Quantas moléculas de acetil-coa uma molécula de glicose e uma molécula de ácido graxo com 16 carbonos podem produzir após sua oxidação?

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1 Quantas moléculas de acetil-coa uma molécula de glicose e uma molécula de ácido graxo com 16 carbonos podem produzir após sua oxidação? E de transportadores de elétrons são reduzidos durante a oxidação dessas moléculas pela beta- oxidação, via glicolítica e TCA?

2 Glicose 2 Piruvato + 2 NADH

3 Glicose 2 Piruvato + 2 NADH 2 Piruvato 2 Acetil-CoA + 2 NADH Glicose 2 acetil-coa + 4 NADH

4 Glicose 2 acetil-coa + 4 NADH 2 acetil-coa 6 NADH + 2 FADH 2 Glicose 10 NADH + 2 FADH 2

5 E uma molécula de acido graxo com 16 carbonos? 7 FADH 2 7 NADH 8 acetil-coa TCA 1 acetil-coa 3 NADH + 1 FADH 2 (x8) 31 NADH e 15 FADH 2

6

7 RESPIRAÇÃO CELULAR 3 FASES Primeiro Estágio Formação de acetil-coa Moléculas combustíveis orgânicas (aminoácidos, ácidos graxos, açúcares glicose) são convertidos por oxidação em uma molécula de 2C acetil, ligada à coenzima A

8 Segundo Estágio Oxidação do acetil-coa A Acetil CoA é introduzida no Ciclo da Ácido Cítrico (TCA) e é oxidada a CO 2 liberando energia na forma de elétrons formando NADH e FADH 2

9 Terceiro Estágio Transferência de elétrons e fosforilação oxidativa Esses transportadores de elétrons são oxidados na cadeia transportadora de elétrons (cadeia respiratória) que vai reduzir o oxigênio a água e produzir ATP

10 A fosforilação oxidativa (FO) é o estágio final do metabolismo produtor de energia nos organismos aeróbicos Glicose / carboidratos Ácidos graxos Aminoácidos Nessa etapa toda a energia produzida (na forma de carreadores de elétrons) durante a oxidação dos carboidratos, lipídeos e aminoácidos é utilizada para síntese de ATP Acetil-CoA NADH e FADH 2 Em eucariotos a fosforilação oxidativa ocorre na mitocôndria e envolve a redução do O 2 em H 2 O. ATP H 2 O

11 Como é a mitocôndria? Membrana externa Membrana interna Cristas Matriz As mitocôndrias possuem duas membranas sendo que a interna forma cristas para aumentar a superfície de contato interna.

12 MME permeável a pequenas moléculas e íons O que contém cada compartimento mitocondrial? MMI impermeável a pequenas moléculas e íons (inclusive H + ) Componentes da cadeia respiratória Transportadores ADP-ATP Outros transportadores de membrana ATP sintase Matriz Complexo piruvato desidrogenase Enzimas do TCA, oxidação ácidos graxos e aminoácidos ATP, ADP, Pi, Mg 2+, Ca 2+, K + Intermediários solúveis DNA e ribossomos

13 MME - Permeável à pequenas moléculas e íons que se movem através de proteínas integrais da membrana - porinas MMI - Impermeável à maioria das moléculas ( os íons H+), transportadores específicos para algumas moléculas Citosol Enzimas da Via Glicolítica Piruvato Ácidos graxos Aminoácidos MME MMI Matriz Complexo piruvato desidrogenase TCA Oxidação Ac Graxos e aminoácidos Transportadores elétrons reduzidos (NADH e FADH 2 ) Cadeia respiratória e ATP sintase ATP e H 2 O

14 Quem são os componentes da cadeia respiratória? São conjuntos de proteínas integrais de membrana (MMI) que apresentam grupos prostéticos capazes de receber e doar elétrons (transportadores). Quem são essas moléculas transportadoras de elétrons? Além do NADH e FADH 2 Coenzima Q (ubiquinona, plastoquinona, menaquinona) Citocromos (heme) Proteínas ferro-enxofre Tipos de transferência Transferência direta de elétrons (Fe +3 Fe +2 ) Transferência de átomos de hidrogênio (H + + e - ) Transferência de grupos hidreto (:H - )

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

16 Flavina adenina dinucleotídeo Coenzima ligada às flavoproteínas Transporta 1 ou 2 átomos de H Podem servir de intermediários nas reações que doam 2 e - para receptores que aceitam apenas 1 e -

17 Coenzima Q Transportador de elétrons ligado à MMI Lipídeo solúvel (possui longa cadeia isoprenóide lateral) Molécula pequena e hidrofóbica difunde pela membranas

18 Pode aceitar 1 ou dois átomos de H (2 etapas) Atua na junção entre transportadores de um doador de 2 e - e um receptor de 1 e - Difunde-se pela MMI levando e - entre carreadores menos móveis

19 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 Quando o grupo heme está reduzido pode absorver luz em 3 comprimentos de onda, isso classifica os citocromos nas mitocôndrias.

20 Podem ser divididos em 3 classes

21 Cit a Proteínas integrais da membrana com heme ligado fortemente, mas não covalentemente Cit b

22 Proteína solúvel com heme ligado covalentemente Associada à superfície externa na MMI por interações eletrostáticas Cit c Além dessas proteínas que transportam e - pelo átomo de ferro existem outras proteínas que utilizam tais átomos mas não em grupos heme, proteínas Fe-S.

23 Proteínas ferro-enxofre Não tem grupo heme, o ferro está ligado à proteína por associação com átomos de S ou S da cisteína. Transferem 1 e - em cada átomo de Fe e o potencial de redução varia com sua estrutura Tem várias estruturas nas mitocôndrias existem 8 tipos de proteínas Fe-S

24 Como funciona a transferência de elétrons na cadeia respiratório??????? O que é potencial de redução medida da afinidade de um composto por elétrons Os elétrons tendem a passar de um composto com menor afinidade por elétrons (menor potencial de redução) para um com maior afinidade (maior potencial de redução).

25 Afinidade por e - NADH menor E que outros transportadores da cadeia respiratório Potencial de redução Oxigênio mais eletronegativo, maior E, último aceptor de elétrons

26 Como ocorre a transferência de elétrons na cadeia respiratória?

27 Os complexos protéicos que constituem a cadeia de transferência de elétrons nas mitocôndrias são:

28 Complexo I NADH:ubiquinona oxidorredutase ou NADH desidrogenase 42 cadeias polipeptídicas diferentes 1 flavoproteína (FMN) 6 centros Fe-S Forma L com um braço na membrana e um na matriz Só recebe elétrons do NADH da matriz Transfere dois elétrons do NADH e dois próton (H + ) da matriz para a ubiquinona Transfere 4 H + para o espaço intermembranas (bomba de prótons)

29 Reações do Complexo I 2 - Quinona interna transfere 2e - para outro centro Fe-S e libera no espaço IM 2 H Os 2e - do segundo centro Fe-S reduz a ubiquinona junto com mais dois H + matriz. QH 2 difunde pela membrana e dá continuidade ao fluxo de e - da cadeia respiratória 1 - NADH matriz passa íons hidreto (dois elétrons) para o FMN, centros Fe-S que utiliza dois H + da matriz para reduzir totalmente uma quinona interna O mecanismo pelo qual outros 2H + são exportados não é conhecido

30 Complexo II Succinato desidrogenase 4 proteínas diferentes, um FAD e três centros Fe-S Única enzima do TCA que está ligada à MMI Elétrons passam do succinato para o FAD, centro Fe-S e ubiquinona

31 Reações do Complexo II Região hidrofobica 3 - Quinona interna 2 -Proteinas Fe-S 1 - Flavoproteína com atividade de desidrogenase succinato doa 2 elétrons para o FAD 4 -Os elétrons transferidos reduzem a ubiquinona junto com mais dois H + matriz. QH 2 difunde pela membrana e dá continuidade ao fluxo de e - da cadeia respiratória Outra flavoproteina importante na cadeia respiratória recebe elétrons da oxidação dos ácidos graxos.

32 Acil-coA graxo desidrogenase primeira enzima da -oxidação ETF = eletron - transfering protein -oxidação

33 NADH formado no citossol durante a glicólise não pode transferir diretamente seus elétrons para os componentes da cadeia respiratória Glicerol (triglicerídeos) Usa o glicerol 3-P formado da hidrólise dos triglicerídeos e liberação do glicerol e uma desidrogenase mitocondrial

34 Entradas de elétrons na cadeia respiratória (NADH) Em todos os casos os elétrons passam para a ubiquinona ou coenzima Q A ubiquinona reduzida pode se difundir pela bicamada de lipídeos da MMI e levar os elétrons ao Complexo III

35 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 Centro P e N Recebe 2e - da ubiquinona e transferem para o citocromo c (1e - ) - Ciclo Q monômero

36 Ciclo Q existe porque a ubiquinona doa 2 e - e o citocromo c recebe 1 e - Centro P - oxidação da QH 2 liberando 2e - e 2H + Centro N uma ubiquinona é reduzida em duas etapas e capta 2H + da matriz Nesse processo 4 H + saem da matriz para o espaço intermembranas

37 Citocromo c Proteína solúvel com heme ligado covalentemente Associada à superfície externa na MMI por interações eletrostáticas Pode se mover na superfície da MMI e carregar os elétrons até o Complexo IV Complexo III Complexo IV

38 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) Complexo IV Citocromo oxidase

39 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 H 2 O pela utilização de quatro H + da matriz. Além disso, por um processo desconhecido 4 íons H + são bombeados para o espaço intermembranas Reações do Complexo IV

40 Resumidamente: Como fluem os elétrons nesses transportadores? Fluxo vai do componente com menor potencial de redução para o de maior potencial de redução Na cadeia respiratória os elétron fluem espontaneamente do complexo I e II para a coenzima Q. QH 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

41 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 H + na MMI

42 Essa diferença é elétrica e química conserva toda a energia da transferência de elétrons = força próton motriz ph acido e positivamente carregado ph básico e negativamente carregado Qual a importância desse gradiente eletroquímico e da força proton motriz?

43 O fluxo de prótons a favor de seu gradiente fornece energia para a síntese de ATP via ATP sintase.

44 ATP sintase Grande complexo enzimático na membrana mitocondrial interna N Apresenta dois componentes estruturais F 1 (proteína periférica de membrana - matriz) e 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 (lado P) para a matriz (lado N) P

45 Região F 0-3 subunidades a, b e c cadeias na forma de - hélice, formando um canal onde ocorre o fluxo de prótons

46 Região F 1-3 subunidades e 3 alternadas em torno de um eixo (γ) Local da síntese de ATP é na subunidade

47 Cada subunidade pode assumir 3 configurações diferentes Um conjunto se liga com grande afinidade ao ATP, o outro se liga ao ADP e o terceiro à subunidade γ, permanecendo vazio. Modelo rotacional de catálise explica a síntese de ATP

48 O fluxo de prótons faz com que a subunidade γ se ligue a diferentes subunidades. A ligação da cadeia γ altera a configuração das outras cadeias A alteração conformacional proporciona a menor afinidade da unidade pelo ATP, liberando-o e induzindo a subunidade vizinha a se ligar com o ADP e Pi A configuração -ADP proporciona a síntese de ATP

49 1 NADH ~ 2,5 ATP e 1 FADH 2 ~ 1,5 ATP Glicose 10 NADH + 2 FADH 2 Ac Graxo 16C 31 NADH e 15 FADH 2 Glicose - 2 ATP (Glicolise) + 2 ATP (TCA) + 28 ATP (FO) Ac Graxo 16C 8ATP (TCA) (FO)

50 Resumo final Glicólise Aminoácidos Ácidos graxos Ciclo do ácido tricarboxílico Cadeia respiratória ATP???

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