Fosforilação Oxidativa

Fosforilação Oxidativa

Transporte de Elétrons

Wescley Trajano - 0753149

Gustavo Brandão – 07/47378

Introdução

Importância:

  • Transferência de Elétrons do Oxigênio dereciona a síntese de ATP

  • Importantíssima Transdução de energia na biosfera

  • Culminação do metabolismo produtor de energia nos organismos aeróbios

  • Processo de conservação de energia ,altamente eficiente

Processo Geral

De onde é que a energia vem e como é canalizado especificamente para a síntese de ATP?

Todas as etapas enzimáticas na degradação oxidativa de carboidratos ,gorduras e aminoácidos nas células aeróbicas convergem para esta etapa final da respiração celular ,onde os elétrons fluem dos catabólitos intermediários ao O2 produzindo energia para a geração do ATP a partir do ADP e Pi.

Nos sistemas vivos, o processo de transferência de elétrons ocorre através de um caminho complexo que culmina com a liberação de energia livre na forma de ATP (Adenosina Trifosfato)

  • Cadeia transportadora de elétrons

Os 12 pares de elétrons envolvidos na oxidação da glicose não são transferidos diretamente ao O2

  • Transferidos para as coenzimas NAD+ (Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo) e FAD (Flavina adenina Dinucleotídeo) para formar 10 NADH + 2 FADH2) em uma série de reações catalisadas por enzimas glicolíticas e enzimas do ciclo do ácido cítrico,visando a maximização da energia livre

  • Reoxidação do NADH e FADH2por meio de reações de redução-oxidação em cerca de 10 centros redox até reduzir O2 em H2O.

  • Os NADH e FADH2 produzidos na oxidação da glicose e de outros substratos são reoxidados na mitocôndria por um processo que compreende a remoção de seus prótons e elétrons: os prótons são liberados no meio e os elétrons são conduzidos por uma série de transportadores de elétrons até o oxigênio

Oxidação da Glicose por Oxigênio Molecular

C6H12O6 + 6 O2  6 CO2 + 6 H2O

Etapa I – Oxidação dos Carbonos

C6H12O6  + 6 H2O  6 CO2 + 24 H+ + 24 e

Etapa II – Oxigênio Molecular Reduzido

6 O2 + 24 H+ + 24 e –  12 H2O

Recebendo elétrons, o oxigênio liga-se a prótons do meio formando água

  • A reoxidação de cada NADH resulta na síntese de 3 ATPs, e a reoxidação de FADH2 produz 2ATPs, resultando em um total de 38 ATPs para cada glicose completamente oxidada a CO2 e H2O (incluindo ATPs produzidos na glicólise e 2 ATPs produzidos no ciclo do ácido cítrico

  • A membrana que reveste o interior da mitocôndria contém um complexo sistema de enzimas e cofatores que mediam o transporte de elétrons do NADH para a O2

  • O doador de elétrons é, invariavelmente, uma coenzima reduzida, e o aceptor final de elétrons, o oxigênio. A maioria dos transportadores de elétrons tem natureza protéica, contendo grupos prostéticos associados à cadeia polipeptídica; a óxido-redução do composto se processa no grupo prostético.

  • A energia livre liberada nesta série de reações redox são armazenados em um gradiente eletroquímico de prótons (pH) através da membrana interna. Este gradiente é posteriormente aproveitado pelo ATP sintase, que também está embutido na membrana interna, a partir de ADP e Pi através da Fosforilação Oxidativa.

  • Processo Detalhado

  • Os componentes da cadeia de transporte de elétrons estão organizados na membrana interna da mitocôndria e agrupados em quatro complexos respiratórios

  • Cada um dos transportadores é capaz de receber elétrons do transportador imediatamente anterior e transferi-los ao seguinte, constituindo assim uma cadeia chamada cadeia transportadora de elétrons.

  • Cada complexo consiste de vários componentes protéicos que são associados com uma variedade de grupos redox-ativos com sucessivos aumentos do potencial de redução. Os complexos são todos lateralmente móveis dentro da membrana interna da mitocôndria e não estão presentes em razões equimolares.

Complexo I - NADH à Ubiquinona

  • NADH é a fonte da maior parte dos elétrons na cadeia de transporte de elétrons e se liga ao complexo I ao lado da matriz da membrana.

  • Complexo I contém mononucleótido de flavina ou FMN, um grupo redox-ativo protético , e seis a sete grupos ferro enxofre.

  • NADH transfere dois elétrons para FMN para render o FMNH2 totalmente reduzido

  • FMNH2 passa seus elétrons, um de cada vez, para a molécula transportadora móvel, ubiquinona ou coenzima Q.

  • A medida que os elétrons são transferidos entre os centros redox do complexo I ,quatro prótons são deslocados da matriz para o espaço intermembranar.

    • Modelo para bombeamento de prótons acoplado ao transporte de elétrons

Complexo II - Succinato à Ubiquinona

Complexo III- Ubiquinona ao Citocromo c

Complexo IV - redução do O2

  • O citocromo c é livre para movimentar-se na superfície externa da membrana, levando assim os elétrons recebidos do complexo III ao IV. Só o fará, entretanto, quando houver acumulado 4 elétrons. Neste complexo, os elétrons após passarem pelos cit a e a3, serão doados a 4H+ e 1O2 da matriz, sintetizando assim duas moléculas de água.

Resultados

  • Para cada molécula de oxigênio reduzida, 20 prótons são transferidos da matriz para o espaço intermembranar. Além disso, quatro prótons da matriz foram utilizados para construir duas águas do oxigênio. Quatro elétrons são transportados, necessitando de duas moléculas de NADH como entrada. A energia livre liberada pela oxidação em passos é armazenada no gradiente de prótons produzidos.

  • Conclusão

  • A energia livre liberada pelo transporte de elétrons através dos complexos I – IV é conservada para o processo de ATP - Sintase

Síntese de ATP

  • A energia liberada pela transferência de elétrons e armazenada pela força próton motriz (200 kJ) é mais que suficiente para formar ATP (50 kJ). Então não há restrição termodinâmica.

  • O modelo proposto por Peter Mitchell mostra o acoplamento do fluxo de elétrons com a fosforilação.

  • De acordo com o modelo, a diferença de concentração de prótons e a separação de cargas através da membrana mitocondrial interna (força próton motriz) acumula energia eletroquímica, a qual dirige a formação de ATP à medida que os prótons voltam passivamente à matriz mitocondrial através dos poros associados à ATP sintase.

  • A transferência de elétrons e a fosforilação são acopladas e precisam uma da outra para acontecer.

Regulação da Fosforilação Oxidativa

  • A Velocidade da respiração dentro das mitocôndrias é altamente regulada.

  • Assim como no ciclo do ácido cítrico, na oxidação do piruvato e na glicólise, as concentrações relativas de ADP e ATP regulam a velocidade da transferência de elétrons e da fosforilação.

  • Se o consumo de ATP aumenta, a velocidade da transferência de elétrons e da fosforilação também aumenta. Simultaneamente, a velocidade da oxidação do piruvato no ciclo do ácido cítrico aumenta, elevando o fluxo de elétrons na cadeia respiratória. Essa seqüência de eventos faz com que haja um aumento na velocidade da glicólise para que chegue mais piruvato ao ciclo do ácido cítrico.

OBRIGADO!

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