Cadeia Respiratória e Transporte de Elétrons: Metabolismo Aeróbico

CADEIA RESPIRATORIA 1 CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS e 2 FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA 2 I Glicólise 2 NADH e 2 ATP IIDescarboxilação do Piruvato 2 NADH IIICiclo de Krebs 6 NADH 2 ATP 2 FADH2 Balanço Geral da degradação da Glicose I Visão Geral NADH 10 FADH2 2 ATP 4 3 1Definição da Cadeia Respiratória Cadeia Respiratória é uma via metabólica aeróbica ou processo metabólico 2 Função da Cadeia Respiratória Reoxidação de coenzimas reduzidas NADH e FADH2 4 Estas coenzimas devem ser reoxidadas por duas razões 1Regeneração de Coenzimas oxidadas NAD e FAD 2Sintetizar ATP pelas células 3 Finalidade 5 4 Localização celular da Cadeia Respiratória Membrana Interna da Mitocôndria MIM ou MMI 6 II Cadeia de transporte de elétrons Disposição dos Componentes da Cadeia Respiratória na Membrana Mitocondrial Interna Cadeira Respiratória NADH FAD 2e Citocromo b Citocromo c ATP Citocromo a Citocromo a3 2e O2 H2O Intermembrane space p side NADH H NAD Matrix n side I II III IV 12 O2 2H H2O 1 Componentes da Cadeia Respiratória Cit Citocromo c Q Coenzima Q UQ Ubiquinona FMN Flavina Mononuclear FeS FerroEnxofre Coenzima Q CoQ ou Ubiquinona UQ Citocromo C 10 2 Os transportadores de elétrons 3 Reações de OxidoRedução da CADEIA RESPIRATÓRIA 11 Caminho percorrido pelos elétrons transportados pelo NADH Complexo I NADHUQ oxirredutase NADH Complexo III UQ Citocromo c oxirredutase Complexo IV Citocromo c oxidase UQ ½ O2 H2O 2e 2e 2e 2e 2e Cit C Cit C 2e 2e E0 E0 e A Direção do Fluxo de Elétrons Caminho percorrido pelos elétrons transportados pelo FADH2 Complexo II Succinato UQ oxirredutase FADH2 Complexo III UQ Citocromo c oxirredutase Complexo IV Citocromo c oxidase UQ ½ O2 H2O 2e 2e Cit C Cit C 2e 2e 2e FADH 2 UQ 2e 2e E0 E0 e A Direção do Fluxo de Elétrons Transferência dos elétrons da coenzimas para o oxigênio não diretamente mas através de passagens intermediárias por vários compostos que constituem uma Cadeia de transporte de elétrons 14 IIIVisão geral da Cadeia de Transporte de Elétrons 15 Desta forma as transferências de elétrons de um componente para o seguinte constituem reações de oxidoredução que se processam com liberação de energia que é aproveitada para síntese de ATP 16 ADP Pi ATP IVFOSFORILAÇÃO OXIDATIVA 1 Visão Geral O processo chamado Fosforilação Oxidativa referese à fosforilação do ADP a ATP utilizando a energia liberada por essas reações de oxidoredução 17 Esta síntese consiste na fosforilação do ADP para ATP e por utilizar a energia derivada da oxidação das coenzimas é denominada Fosforilação Oxidativa 18 Cadeia Transportadora de Elétrons Fosforilação Oxidativa Síntese de ATP Energia Livre Calor para a manutenção da Temperatura corporal 19 Como a energia liberada no transporte de elétrons é utilizada pela célula para a síntese do ATP 20 2 Hipótese Quimiosmótica Várias hipóteses já foram apresentadas para tentar explicar o processo A hipótese amplamente aceita hoje foi descrita por Peter Mitchell em 1961 e é chamada Hipótese Quimiosmóticca de Mitchell HIPÓTESE QUIMIOSMÓTICCA DE MITCHELL 21 Fosforilação Oxidativa Espaço entre as membranas mitocondriais externa e interna Membrana interna da mitocôndria Interior da mitocôndria matriz mitocondrial Cadeira transportadora de elétrons A partir desta situação Mitchell prevê os seguintes eventos na MMI 3 Eventos 23 1A Cadeia Respiratória ao transportar os elétrons bombeia prótons da matriz para o citossol 2 A MMI por ser impermeável a prótons impede o retorno destes a matriz 24 4 Esta forca chamada FORCA PROTONMOTRIZ dirige o refluxo de prótons a matriz mitocondrial através dos canais de prótons da enzima ATPase 3 Criase um GRADIENTE DUPLO de pH e eletrostático através da MMI que gera uma situação de alta instabilidade e por consequência uma forca que atrai os prótons de volta 5 A passagem dos prótons pela ATPase determina a síntese do ATP 25 O gradiente de prótons concentração maior de H no espaço intermembranas e o gradiente elétrico face interna da membrana interna mais negativa constituem a força prótonmotriz que é utilizada para sintetizar ATP pela ATP sintase a única via de acesso de prótons para a matriz seta roxa 26 Síntese 3 ATPs 3x 7300 21900 calmol Hidrólise ATP Gº 7300 calmol Síntese ATP Gº 7300 calmol Oxidação pela CR NADH 30 ATP FADH2 20 ATP 4 Sintetizar ATP pela ATP sintase Hipótese quimiosmótica A energia de transporte de e é utilizada para bombear prótons através da membrana interna para o exterior da mitocôndria Para cada 4 prótons que entram 1 ATP é sintetizado Os prótons entram por sítios específicos da ATP sintase Gradiente de H 28 IV Rendimento da Oxidação da Glicose I Glicólise 2 ATP 2 NADHH II Descarboxilação do Piruvato 2 NADH H 2 CO2 III Ciclo de Krebs 2 ATP 6 NADHH 2 FADH2 2 CO2 4 ATPs 10 NADH H 2 FADH2 10 x 30 ATPs 30 ATPs 2 x 20 ATPs 4 ATPs TOTAL 38 ATP 29 IV Rendimento da Oxidação da Glicose Rendimentos da oxidação da glicose Etapas da oxidação da glicose I Glicose a 2 piruvatos glicólise II 2 piruvatos a 2 acetilCoA formação de acetilCoA III 2 acetilCoA entram no ciclo de Krebs IV NADH e FADH2 passam pela cadeia de transporte de elétrons e fosforilação oxidativa Oxidação completa de 1 mol de glicose Etapas I II III IIIIII IV Moles de ATP formados Os carregadores fazem o transporte de metabólitos entre a mitocôndria e o citosol 32 V Carregadores Dois tipos de Carregadores 1Circuito Glicerol fosfato 2Circuito Malato Aspartato 33 1 Circuito Glicerol fosfato nos músculos e cérebro de mamíferos 2 Circuito Malato Aspartato 34 Eficiente e mais complexo encontrado no rim fígado e no coração de mamíferos 35 VI Inibidores e Desacopladores 1 Desacopladores Desacopladoras Naturais são Proteínas transportadores de prótons a Definição Denominada Termogenina ou Proteina Desacopladora UCP 1 Unconpling Protein 1 b Mecanismo dos Desacopladores Fig 1115 Atuação do 24dinitrofenol como desacoplador o transporte de prótons através da membrana desfaz o gradiente necessário à síntese de ATP 37 38 Entretanto a Proteína Desacopladora só afeta a Fosforilação Oxidativa Na presença desta Proteína Desacoplaadora não ocorre Fosforilação Oxidativa A Cadeia de Transporte de elétrons ocorre normalmente liberado a Energia Livre A Energia Livre liberada durante a Cadeia de Transporte de Elétrons é dissipada na forma de Calor 39 Cadeia Transportadora de Elétrons Energia livre Fosforilação Oxidativa Calor Temperatura corporal Proteína Desacopladora 40 Entretanto a oxidação de substancias nestes tecidos corresponde a TERMOGÊNESE Quando os dois processos são desacoplados o transporte de elétrons termodinamicamente autônomo pode prosseguir a síntese de ATP párra A Energia que será usada na síntese de ATP é dissipada como calor 41 UCPs Encontradas na membrana mitocondrial interna de mamíferos UCP1 Termogenina responsável pela ativação dos ácidos graxos e produção de calor nos adipócitos marrons dos Recém Nascidos e outros mamíferos Animais hibernam ursos c Localização dos UCPs 42 1UCP1 Aumenta em recém nascidos e diminui em adultos 2UCP2 Maioria dos Tecidos 3UCP3 Coração e em Musculo esquelético 4UCP4 e UCP5 Cérebro d Desacopladores Naturais 43 5 UCPs promovem a termogênese de adaptação a exposição ao frio e durante o jejum acelerado o metabolismo oxidativo graxas á estimulação da cadeia de transporte de elétrons 44 Exemplos 124Dinitrofenol DNP 2Antibióticos gramicidina A valinomicina 3Antimicrobianos pentaclorofenol pcresol 4Salicilatos em doses altas febre e Desacopladores Sintéticos 45 2 Inibidores São Compostos Químicos capazes de Inibir seletivamente os complexos I II ou IV interrompendo o fluxo de elétrons através da cadeia respiratória Isto resulta num bloqueio da bomba de prótons na síntese de ATP e na incorporação de oxigênio Quadro 113 Inibidores da cadeia de transporte de elétrons e o complexo sobre o qual cada um atua Inibidores da Cadeia Respiratória Em azul os componentes que se reduziram e em vermelho aqueles que permanecem oxidados pela ação dos inibidores Inibidores da cadeia de transporte de elétrons Antimicina A Rotenona Amital Malonato CN CO Azida O bloqueio da Cadeia termina bloqueando a síntese de ATP 49 Cianeto Monóxido de carbono a Inibidores do Complexo IV Como o complexo IV é o componente terminal da transferência de elétrons sua inibição não pode ser desviada A intoxicação por CO pode ser tratada com administração de oxigênio 50 Oligomicina induz um acúmulo de prótons externamente a mitocôndria e o canal de prótons fica bloqueado b Inibidores da ATP sintase A adição de DNP dissipa o gradiente de prótons e estimula a incorporação do oxigênio enquanto o sistema tenta restabelecer o gradiente de prótons 51 VII Fosforilação no nível do Substrato Chamase Fosforilação no nível do Substrato a síntese de ATP obtida diretamente em reações que fazem parte da glicólise e do ciclo de Krebs e que utilizam como substratos compostos ricos em energia 13bisfosfoglicerato Fosfoenolpiruvato e SuccinilCoA 52 A produção de ATP pela fosforilação no nível do substrato responde por uma pequena fração do total produzido em condições aeróbias e por ser independente do transporte de elétrons não é afetada por Desacopladores Gliceraldeído 3fosfato desidrogenase 2Fosfoglicerato enolase Fosfoenolpiruvato piruvato quinase αCetoglutarato αcetoglutarato desidrogenase SuccinilCoA sintetase Succinação