A mitocôndria oxida combustíveis para gerar energia, em analogia ao processo pelo qual as usinas de força utilizam os combustíveis para gerar energia

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1 A mitocôndria oxida combustíveis para gerar energia, em analogia ao processo pelo qual as usinas de força utilizam os combustíveis para gerar energia elétrica

2 Micrografia eletrônica de uma mitocôndria animal 0.5 x 1.0 μm (tamanho de uma bactéria) Uma célula eucariótica tem em média 2 mil mitocôndrias que ocupam 1/5 do vol celular

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4 A oxidação completa da glicose: C 6 H 12 O O 2 6 CO H 2 O

5 Cadeia de Transporte de Elétrons Nos organismos aeróbicos, a oxidação das coenzimas é feita por transferência de seus elétrons para o oxigênio; O oxigênio, recebendo 4 elétrons, liga-se a prótons do meio formando H 2 O Esse processo libera grande quantidade de energia

6 Por exemplo: NAD + /NADH E o = -0,32V O 2 /H 2 O E o = + 0,82 ΔG o = -n F Δ E o ΔG o = -2 x x [ 0,82 (-0,32)] = -220 kj.mol -1 ΔG o para ATP = 31 kj.mol -1 F = carga elétrica de um mol de életrons (1 F = J.V -1.mol -1 )

7 O transporte de elétrons é facilitado pela organização de tais compostos na membrana. Esses componentes agrupam-se em quatro complexos. Sem fazer parte de complexos, aparecem ainda 2 componentes, a Coenzima Q e o citocromo c

8 A estratégia utilizada pela célula é transformar a energia contida nas coenzimas reduzidas em gradiente de prótons. Passagem por vários compostos- cadeia de transporte de elétrons. Os compostos são organizados na cadeia de acordo com o seu potencial de óxidoredução até atingir o O 2 que tem o maior potencial de óxido-redução.

9 G0 para a síntese de ATP = 30,5 KJ.mol-1

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12 Com exceção da coenzima Q, todos os componentes da cadeia são proteínas. A essas proteínas estão associados grupos prostéticos como FMN, FAD e centros de ferro-enxofre e grupos heme.

13 A ubiquinina ou Coenzima Q é uma benzoquinona lipossolúvel

14 Os citocromos: são hemeproteínas de transporte de elétrons

15 Proteínas ferro-enxofre

16 Complexo I - NADH : ubiquinona oxirredutase É uma enzima grande formada por cerca de 42 cadeias polipeptídicas. A essas cadeias estão associados: 1 FMN e 6 ou 7 centros de ferro-enxofre. NADH + H + + FMN (complexo I) NAD + + FMNH 2 (complexo I) Centros Fe-S no complexo ---

17 Exclusão de Prótons Centros Fe-S no complexo não recebem prótons. No processo de transferência de elétrons do FMNH 2 para esses centros os prótons são excluídos, sendo transferidos da membrana mitocondrial interna para o espaço intermembranas.

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19 Complexo 2- Succinato-coenzima Q redutase Segunda porta de entrada de elétrons na cadeia. Faz parte desse complexo a enzima succinato desidrogenase, a única do ciclo de Krebs presente na membrana mitocondrial Essa enzima tem FAD como grupo prostético Por esses componentes passam os elétrons derivados do FADH 2. Os prótons presentes no FADH 2 são devolvidos para a matriz, não contribui para o gradiente de prótons

20 A Coenzima Q É uma quinona com uma longa cadeia lateral isoprênicas. As características hidrofóbicas permitem a sua mobilidade na fase lipídica ao contrário de outros transportadores que têm posições relativamente fixas. A CoQ recebe 2 prótons e 2 elétrons passando a QH2.

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22 A CoQ recebe elétrons do Complexo1, complexo2, do glicerol 3- fosfato e acil-coa

23 Complexo III- coenzima Q citocromo c redutase Os citocromos são proteínas transportadoras de elétrons que contêm o grupo heme (Fe 2+ Fe 3+ ) Citocromo b Fe-S citocromo c1 Citocromo c1 citocromo c

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28 Primeira etapa Segunda etapa QH 2 QH. QH 2 Q QH. QH2 Cit c (Fe3+) Cit c (Fe2) Cit c (Fe3+) Cit c (Fe2+) 1H+ da matriz 2 H+ exterior 1H+ da matriz 2H+ exterior

29 O citocromo c É uma proteína pequena situada na face externa da membrana mitocondrial interna. É uma proteína periférica. Conecta o complexo III com o IV

30 Complexo IV-citocromo oxidase É uma enzima grande. Contém 2 citocromos do tipo a e dois íons cobre. É responsável pela doação de 4 elétrons para o oxigênio. Para cada 4 elétrons passando por esse complexo, a enzima consome 4 H+ 4 cit c red + 8 H + + O 2 4 cit c ox + 4H + + 2H 2 0

31 Citocromo oxidase

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33 P/O 2.5 NADH P/O 1.5 FADH2

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35 Inibidores Drogas capazes de inibir o transporte de elétrons. O resultado desta ação é a paralisação do transporte de elétrons e das vias metabólicas que dependem da cadeia para a reoxidação das coenzimas.

36 barbitúrico inseticida antibiótico

37 Inseticida antibiótico

38 Figure Effect of inhibitors on electron transport. Page 805 Voet Biochemistry 3e 2004 John Wiley & Sons, Inc.

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42 A energia liberada do transporte de elétrons é convertida em uma força próton-motriz- Teoria Quimiosmótica ( Mitchell) 0,1-0,2 V

43 NADH I G o KJ CoQ II C IV P/O = 3 ou P/O =2 NADH +H + +1/2O 2 + 3ADP + 3Pi + 3H + NAD + + 3ATP + 4H 2 O FADH 2 + 1/2O 2 +2ADP +2Pi+ 2H + FAD +2ATP + 3H 2 O

44 A ATP sintase; dois componentes com várias cadeias polipeptídicas Matriz F 1 haste F o A oligomicina, um antibiótico se liga a subunidade Fo e inibe o transporte de prótons

45 Page 827 Interpretive drawings of the mitochondrial membrane at various stages of dissection.

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47 A ATP sintase tem 3 sítios catalíticos cada um em 3 conformações segundo a intensidade de ligação com o ATP. O = open (aberta) L = loose (frouxa) T= tight (apertada)

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49 Acoplamento do Transporte de életrons à síntese de ATP: controle respiratório As necessidades de ATP variam dependendo do estado fisiológico O transporte de elétrons e a síntese de ATP são processos acoplados. Os substratos desse processo são: Coenzimas reduzidas Oxigênio ADP e Fosfato O ADP é o único que atinge concentrações limitantes na células- é o regulador de ambos os processos

50 SALDO ENERGÉTICO Etapa Hidrogênio ATP Glicólise 2 NADH 2 4 ATP 2Piruvato para acetil-coa Ciclo de Krebs (2 moléculas de ácido pirúvico, portanto 2 voltas) 2 NADH2 6 NADH 2 2 FADH 2 6 ATP 2 ATP Cadeia respiratória 8 NADH 2 24 ATP 2 FADH 2 4 ATP Total Geral 40 ATP Gasto 2 ATP na glicólise -2 ATP Saldo líquido 38 ATP 1 NADH = 3 ATP e um FADH2 = 2 ATP

51 NADH= 2,5 ATPs FADH2= 1,5 ATPS

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53 SALDO ENERGÉTICO RESPIRAÇÃO AERÓBIA C 6 H 12 O 6 6CO 2 + 6H 2 O+ 38ATP

54 Inibidores Drogas capazes de inibir o transporte de elétrons. O resultado desta ação é a paralisação do transporte de elétrons e das vias metabólicas que dependem da cadeia para a reoxidação das coenzimas.

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56 Inseticida antibiótico

57 Inibidor da PO Oligomicina- inibe a síntese de ATP liga-se a Fo, torna-a impermeável a prótons.

58 Desacopladores DNP- 2,4-dinitrofenol caráter hidrofóbico, Pode atravessar membranas. Associa-se a prótons no exterior e libera no interior. Carbonilcianeto-p-trifluormetoxifenilhidrazina

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62 Oxidação do NADH citossólico. Lançadeiras Os elétrons do NADH são transferidos para um composto citossólico, que reduzido pode atravessar a membrana 2 tipos conhecidos de lançadeira: -Malato-aspartato -Glicerol-3-fosfato

63 Lançadeira malato-aspartato Fígado, rim e coração

64 Músculo esquelético e cérebro