fosforilação oxidativa

fosforilação oxidativa

De acordo com o próprio nome, a fosforilação oxidativa consiste na transferência de um grupo fosfato para um composto orgânico.

A fosforilação oxidativa, também conhecida por fosforilação da cadeia respiratória, é um processo de síntese do ATP a partir do ADP e do fosfato inorgânico, decorrente da transferência de elétrons do NADH e do FADH2 para o oxigênio molecular. A fosforilação oxidativa está ligada à cadeia respiratória de transporte de elétrons. É a principal fonte de ATP nos organismos heterotróficos em condições aeróbicas. Nestas condições formam-se 36 ou 39 moléculas de ATP pela oxidação completa de uma molécula de glicose em dióxido de carbono e água.

Diversos processos bioquímicos catabólicos, tais como a glicólise, o ciclo do ácido cítrico e a beta-oxidação, produzem a coenzima NADH. Esta coenzima contém elétrons que possuem um alto potencial de transferência (correspondente a um potencial de eletrodo muito negativo), ou seja, ao acontecer a oxidação do NADH, é libertada grande quantidade de energia. No entanto, a célula não liberta esta energia de uma só vez, pois tal reação poderia ser incontrolável. Os elétrons são então removidos do NADH e transferidos para o oxigênio através de uma série de passos catalisados por diferentes enzimas, em que cada passo liberta uma pequena quantidade de energia. Este conjunto de enzimas, designados complexos I, I, II e IV, constitui a cadeia de transporte eletrônico e encontra-se na membrana interna da mitocôndria

A cadeia transportadora de elétrons, ou fosforilação oxidativa é a convergência final de todas as vias de degradação oxidativa ocorrendo nas cristas mitocondriais. Todo o processo depende de dois fatores: a energia livre obtida do transporte de elétrons e armazenada na forma de gradiente de íons hidrogênio, e uma enzima transportadora denominada ATPsintase. A oxidação dos mais variados combustíveis metabólicos libera elétrons que são entregues pelas desidrogenases a transportadores específicos, reduzindo-os (de NAD+ e

FAD a NADH+ e FADH2).

Estrutura Mitocondrial

Os processos que envolvem liberação e conservação de energia de células aeróbicas acontece nas mitocôndrias. A presença de mitocôndrias e a quantidade da mesma dependerá da função da célula.

A mitocôndria é formada por duas membranas com diferentes propriedades e funções biológicas. A membrana externa lisa é formada por lipídeos e proteínas, com poucas funções de transporte e enzimática.

A membrana mitocondrial interna é composta de 75% de proteínas e contém as enzimas envolvidas no transporte de elétrons e na fosforilação. Ao contrário da membrana externa ,a membrana interna é impermeável para manter a compartimentalização das funções metabólicas entre o citosol e a membrana interna. Os compostos vão se mover através de proteínas denominadas carregadoras ou translocases. As cristas da membrana interna , que são pregas voltadas para o interior , aumentam a superfície da membrana e a quantidade de cristas reflete a atividade respiratória da célula.O espaço entre a membrana interna e a externa condiz ao citosol das células, e o espaço delimitado pela membrana interna é chamado de matriz mitocondrial.

Reações de oxidação-redução

Uma reação de oxidação-redução envolve a transferência de elétrons, na qual uma substância irá doar elétrons e a outra irá ganhar os mesmos . Assim, uma reação de oxidação- redução total é composta de duas meiasreações acopladas e constituem um par redox:

Fe2+ -- Fe3+ + e – (oxidação)

Em algumas reações de oxidação–redução são transferidos tanto elétrons quanto prótons.

Os transportadores de elétrons funcionam em complexos multienzimaticos conhecido como NADH-Ubiquinona; Succionato desidrogenas; UQ-Citocromo c redutase e Citocromo c oxidase.

As enzimas neste sistema de transporte eletrônico utilizam a energia libertada na oxidação do NADH para bombear prótons através da membrana interna da mitocôndria. Esta ação causa a acumulação de prótons no espaço intermembranar, originando um gradiente eletroquímico através da membrana. A energia armazenada sob este potencial é então utilizada pela ATP sintase para produzir ATP.

A fosforilação oxidativa é dividida em quatro complexos:

Complexo I – NADH-UQ redutase: Bombeia 4H+ para fora da matriz mitocondrial

Complexo I – Succinato-enzima Q oxidorredutase : Não bombeia prótons pois seu potencial de redução é muito reduzido

Complexo I – UQ-Citocromo c redutase: Bombeia 4H+ para fora da matriz mitocondrial

Complexo IV – Citocromo c oxidase: Bombeia 2H+ para fora da matriz mitocondrial

Os grupos prostéticos transportadores de elétrons associados aos complexos prostéticos são; nicotinamida, nucleotídeos da flavina (provenients da riboflavina –Vit B2), ubiquinona, citocromo e proteínas ferro-enxôfre.

Complexo I transfere elétrons do NADH para ubiquinona.

A NADH-coenzima Q oxidorredutase, também conhecida como NADH desidrogenase ou complexo I, é a primeira proteína na cadeia de transporte electrónico.

Composta por 43 cadeias polipeptídicas o complexo I é ao maior proteína transportadora de elétrons. Além de uma molécula de mononucleótido de flavina (FMN), o complexo contem sete centros de ferro-enxofre.

A reação catalisada por esta enzima é a redução da coenzima Q10 (ou ubiquinona, representado por Q na equação abaixo) por dois elétrons provindos do NADH. A coenzima Q10 é uma quinona lipossolúvel da membrana mitocondrial.

NADH + Q (coezima Q10) + 5H+ (mit) NAD+ + QH2 + 4H+ (cit)

À medida que os elétrons passam através deste complexo, quatro prótons são bombeados da matriz mitocondrial para o espaço intermembranar.

Complexo I - Succinato-enzima Q oxidorredutase

Este complexo é uma via independente do complexo I, permite a entrada de elétrons de potencial relativamente alto na cadeia transportadora de elétrons, ultilizando o complexo succinato-coenzima Q oxidoredutase que também catalisa a redução da Coenzima Q10 e CoQH2. Os grupos redox incluem o FAD, proteínas Fe-S e o citocromo b560.. O FADH2 é formado no ciclo do ácido cítrico pela oxidação do succinato e furamato na presença da enzima succinato-desoxigenase.pertencentes ao complexo I.

Oxida o succinato a fumarato e reduz a ubiquinona. Como esta reação liberta menos energia que a oxidação do NADH, o complexo I não transporta prótons através da membrana e não contribui para o gradiente de prótons.

Succinato + Ubiquinona-Fumarato + Ubiquinona-H2

Complexo I Q-citocromo c oxidorredutase

Um citocromo é um tipo de proteína de transferência eletrônica que contém pelo menos um grupo heme. Os ions de ferro dos grupos hemos do complexo I alternam entre o estado ferroso (reduzido, Fe2+) e férrico (oxidado, Fe3+), à medida que os elétrons são transferidos através da proteína.

O complexo I catalisa a oxidação de uma molécula de ubiquinol e a redução de duas moléculas de citocromo c, que consegue transportar apenas um elétron (ao contrário da coenzima Q, que pode transportar dois).

A medida que a coenzima Q é reduzida a ubiquinol no lado interno da membrana e oxidada a ubiquinona no outro lado, existe uma transferência líquida de prótons através da membrana, que contribui para o gradiente de prótons.

Ubiquinona + 2 Citocromo C (red) + 4H+(cit)

Ubiquinona-H2 + 2 Citocromo C (oxi) + 2H+(mit)

Complexo IV – Citocromo c oxidase

A citocromo c oxidase, também conhecida como complexo IV, é o último complexo protéico da cadeia de transporte de elétrons.

Esta enzima catalisa a reação final da cadeia de transporte eletrônico, oxidando o citocromo c e transferindo elétrons para o oxigênio, ao mesmo tempo que bombeia prótons através da membrana. O aceitador final de elétrons oxigênio é reduzido a água neste processo. Tanto a passagem de prótons através da membrana como o consumo de prótons na matriz mitocondrial contribuem para o gradiente protônico.

4 Citocromo C (Red) + O2 + 8H+4 Citocromo C (Oxi) + 2H2 O + 4H+(cit)

ATP sintase

A ATP sintase, também designada complexo V, é a enzima final na via da fosforilação oxidativa. Esta enzima encontra-se presente em todas os organismos vivos e funciona de forma idêntica em procariontes e eucariontes. A enzima utiliza a energia armazenada num gradiente de prótons existente através da membrana para realizar a síntese de ATP a partir de ADP e fosfato inorgânico (Pi).

ADP + Pi + 4H+ (mit) ATP + H2O + 4H+ (cit)

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