A mitocôndria oxida combustíveis para gerar energia, em analogia aoprocesso pelo qual as usinas de força utilizam os combustíveis para gerarenergia elétrica

Micrografia eletrônica de uma mitocôndria animal

0.5 x 1.0 μm (tamanhode uma bactéria)

Uma célula eucariótica tem em média 2 mil mitocôndrias que ocupam 1/5 do vol celular

A oxidação completa da glicose:

C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O

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 H2O

• Esse processo libera grande quantidade de energia

Por exemplo:

NAD+ /NADH Eo’ = -0,32V

O2 /H2O Eo’ = + 0,82

ΔGo’ = -n FΔEo’

ΔGo’ = -2 x 96500 x [ 0,82 –(-0,32)] = -220 kJ.mol-1

ΔGo’ para ATP = 31 kJ.mol-1

F = carga elétrica de um mol de életrons (1 F = 96.500J.V-1.mol-1)

• O transporte de elétrons é facilitado pela organização de tais compostos na membrana.

• Esses componentes agrupam-se em quatrocomplexos.

• Sem fazer parte de complexos, aparecem ainda 2 componentes, a Coenzima Q e o citocromo c

• 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 óxido-redução até atingir o O2 que tem o maior potencial de óxido-redução.

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

• 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.

A ubiquinina ou Coenzima Q é uma benzoquinona lipossolúvel

Os citocromos: são hemeproteínas de transporte de elétrons

Proteínas ferro-enxofre

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+

+ FMNH2 (complexo I) → Centros Fe-S no complexo ---

Exclusão de Prótons

• Centros Fe-S no complexo não recebem prótons.

• No processo de transferência de elétrons do FMNH2 para esses centros os prótons são excluídos, sendo transferidos da membrana mitocondrial interna para o espaço intermembranas.

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 FADH2.• Os prótons presentes no FADH2 são devolvidos para a matriz, não

contribui para o gradiente de prótons

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.

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

Complexo III- coenzima Q citocromo c redutase

• Os citocromos são proteínas transportadoras de elétrons que contêm o grupo heme

• (Fe2+→ Fe3+)

• Citocromo b → Fe-S →citocromo c1

• Citocromo c1 → citocromo c

Primeira etapa Segunda etapa

QH2 QH. QH2 QQH . QH2

Cit c (Fe3+) Cit c (Fe2) Cit c (Fe3+) Cit c (Fe2+)1H+ da matriz 2 H+ exterior 1H+ da matriz 2H+ exterior

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

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+ + O2 → 4 cit c ox + 4H+ +

2H20

Citocromo oxidase

P/O 2.5 NADHP/O 1.5 FADH2

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.

inseticida

antibiótico

barbitúrico

Inseticida

antibiótico

Voet Biochemistry 3e© 2004 John Wiley & Sons, Inc.

Figure 22-11 Effect of inhibitors on electron transport.

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A energia liberada do transporte de elétrons é convertida em uma força próton-motriz- Teoria Quimiosmótica ( Mitchell)

0,1-0,2 V

NADH

CoQ

II

I

C

IV

Go’KJ

NADH +H+ +1/2O2+ 3ADP + 3Pi + 3H+→NAD+ + 3ATP + 4H2O

FADH2 + 1/2O2 +2ADP +2Pi+ 2H+ →FAD +2ATP + 3H2O

P/O = 3 ou P/O =2

A ATP sintase; dois componentes com várias cadeias polipeptídicas

F1

haste

Fo

A oligomicina, um antibiótico se liga a subunidade Fo e inibe o transporte de prótons

Matriz

Interpretive drawings of the mitochondrial membrane at various stages of dissection.

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827

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)

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 reduzidasOxigênioADP e Fosfato

O ADP é o único que atinge concentrações limitantes na células- é o regulador de ambos os processos

SALDO ENERGÉTICOEtapa Hidrogênio ATP

Glicólise 2 NADH2 4 ATP

2Piruvato para acetil-CoACiclo de Krebs (2 moléculas de ácido pirúvico, portanto 2 voltas)

2 NADH26 NADH22 FADH2

6 ATP2 ATP

Cadeia respiratória 8 NADH2 24 ATP

2 FADH2 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

NADH= 2,5 ATPsFADH2= 1,5 ATPS

SALDO ENERGÉTICO

RESPIRAÇÃO AERÓBIA

C6 H12 O6 6CO2 + 6H2O+ 38ATP

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.

Inseticida

antibiótico

Inibidor da PO

• Oligomicina- inibe a síntese de ATP liga-se a Fo, torna-a impermeável a prótons.

Carbonilcianeto-p-trifluormetoxifenilhidrazina

DNP- 2,4-dinitrofenol –caráter hidrofóbico,Pode atravessar membranas.Associa-se a prótons no exterior e libera no interior.

Desacopladores

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

Fígado, rim e coração

Lançadeira malato-aspartato

Músculo esquelético e cérebro