Fosforilação Oxidativa. Como conseguimos acoplar a oxidação de NADH e FADH 2 à produção de ATP. Prof. Henning Ulrich

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1 Fosforilação Oxidativa ou Como conseguimos acoplar a oxidação de NADH e FADH 2 à produção de ATP Prof. Henning Ulrich

2 A célula precisa trabalhar Portanto, precisa de energia Catabolismo Ganha enérgia com ATP Respiração celular Uso de oxigênio Sem oxigênio Fermentação Repete

3 A Base do Catabolismo Reagentes Produtos Transferência de elétrons

4 Reações redox Transferência de elétrons Oxidação: perda de elétrons Redução: ganho de elétrons Agente redutor Xe- + Y X + Ye- Agente oxidante

5 Respiração celular REAGENTES PRODUTOS Glicose + oxigênio C6H12O6 Dióxido + água de carbono + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O Oxidação Redução

6 Ganho de enérgia

7 Eletronegatividade baixa Glicose NADH Cadeia de transporte de elétrons Eletronegatividade alta Oxigênio Fosforilação do ATP

8 Respiração celular Glicólise Glicose 2 piruvato Reações redox liberam NADH Citossol Ciclo de Krebs Piruvato CO2 Reações redox liberam NADH Matriz mitocondrial Transporte de elétrons Aceita elétrons (do NADH) Gera ATP Membrana interna

9 Fosforilação ao nivel do substrato + Fosforilação oxidativa 38 ATP

10 o Glicólise

11 Piruvato acetil CoA 1. CO2 liberado 2. Acetato formado (NAD+ NADH) 3. Coenzima A ligado

12 Ciclo de Krebs Acetil-CoA (2 Carbonos) 2 CO2 + 3NADH + 1 FADH + 1 ATP Atualmente 2 Acetil-CoA da glicólise!!

13 Glicolise (2 ATP +2 NADH) + Acetyl CoA synthesis (2 NADH) + Ciclo de Krebs (1 ATP + 3 NADH + 1 FADH) + Ciclo de Krebs (1 ATP + 3 NADH + 1 FADH) 4 ATP + 10 NADH + 2 FADH

14 Citossolo: Enzimas de Glicólise (glicose até Piruvato)

15 Esquema geral de fosforilação oxidativa pela cadeia repiratória (Fosforilação de ADP, oxidação de NADH e FADH 2 )

16 Coenzima Q ou Ubiquinona ou Q

17 Porfirnas nos citocromos Fe 2+ (red) ou Fe 3+ (ox)

18 Centros ferro-enxofre (Fe-S) Fe 2+ (red)/fe 3+ (ox) Fe 2+ 2Fe2S 4Fe4S

19 Potenciais de redução de meia reações da cadeia respiratória E o : Medida de afinidade para e - da molécula/ion sendo reduzida DE o = E o (aceitor de e - ) E o (doador de e - ) Se DE > 0, reação tende ir para frente DG = -n x F x DE F = 96,5 kj/v.mol

20 Separação dos complexos funcionais da cadeia respiratória Reações catalizados por frações isolados in vitro

21 Método para determinação da seqüência de carregadoras de elétrons > E o > reduzida oxidada

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23 Complexo I - NADH:ubiquinona oxidoreductase Uma bomba de protons utiliza a energia de transferência de elétrons para criar um gradiente de H + através da membrana. A energia de transferência de e - está momentariamente guardada na forma desta gradiente. 42 subunidades Inibida por amytal (barbiturato), Rotenona (insecticida), e Piericidina A (antibiótico)

24 Coenzima Q ou Ubiquinona ou Q

25 Complexo I: recebe e - de NADH e transfere para citq Complexo II: Recebe e - de FADH 2 (em succinato desidrogenase no ciclo de Krebs) e transfere para cytq.

26 Complexo III - ubiquinona:citocromo c oxidoreductase Dímero de monômeros iguais Cada monômero tem 11 subunidades (somente monômero mostrado)

27 Dímero de Complexo III Oscila entre cytb e cytc 1 Q N e Q P : sítios para ligação de citq Receba e - de QH 2 e transfere para citc e bombeia 4 H + per citqh 2 para fora da mitocôndria, aumentando o gradiente de H +.

28 Complexo IV - Citocromo oxidase: transfere e- de citc para O 2, formando H 2 0 (4e-) 4 citc 4 Cu A 4 heme a 4 cita 3 /Cu B O 2 2 H 2 O

29 NADH + H + + ½ O 2 NAD + + H 2 O DE o = +1,14 volts, DG o = 220 kj/mol Energia liberado pela oxidação é guardado na forma de um gradiente de H +. NADH + 11 H + in + ½ O 2 NAD H + ex + H 2 O Força protomotiva = DG = RTln(Cp/Cn) + ZFDy = 200 kj per 10 H + Energia da gradiente de H + (DpH=0,75) Energia de differença de carga (Dy=0,2 V)

30 FORÇA PROTOMOTIVA

31 Modelo quimioosmótico de geração de ATP a partir de gradiente de H+ ADP + Pi + nh + ex ATP + H 2 O + nh + in

32 Acoplamento de síntese de ATP e consumo de O2

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34 Desacoplamento de consumo de O 2 e a síntese de ATP

35 DNP um desacoplador da cadeia respiratória da síntese de ATP

36 F 0 F 1 ATP sintase

37 Complexo F 1 = a 3 b 3 gde

38 matriz externa

39 g ou C-biotina-avidin-actina (fluorescente)

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42 Na sintase, cada 3 H+ produz 1 ATP Mas precisa 1 H+ para transportar Pi Logo, 4 H+/ATP Logo: NADH desloca 10 H+ e produz 2,5 ATP FADH 2 desloca 6 H+ e produz 1,5 ATP

43 Lançadeira malato-aspartato: transferência de NADH cit para mitocôndria

44 Lançadeira glicerol - fosfato

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46 Desacoplamento de mitocôndria em tecido adiposo marrom de mamíferos recém-nascidos produz calor

47 Regulação das vias de produção de ATP

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