Apresentação

FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
Em condições aeróbias:
mitocôndria
citosol
Glicólise
2
piruvato
2 Acetil
CoA
ciclo
de
Krebs
Fosforilação oxidativa
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
SUBSTRATOS
REDUZIDOS
SUBSTRATOS
OXIDADOS
NAD+
FAD
ADP
+Pi
NADH
FADH2
SEQUÊNCIA DE
TRANSPORTADORES
DE ELECTRÕES
OU DE ELECTRÕES
E PROTÕES
ATP
O2
Fosforilação
do ADP
H2O
Cadeia de transporte
de electrões
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
Curiosidades
- as proteínas da cadeia de transporte de electrões constituem
cerca de 80% da membrana mitocondrial interna.
- membrana da mitocôndria hepática
tem cerca de 10000 sistemas de
transporte de electrões e cerca de
10000 sistemas de ATPsintetase
- mitocôndria cardíaca tem mais cristas e o
número de sistemas
de transporte e de ATP sintetase é 3 vezes
maior (≈30000)
- necessidades energéticas de um homem de 70kg:
2800 kcal/dia
1 mol ATP ⇔ 7.3 kcal
2800/7.3=350 moles
ATP/dia
⇔ 190 kg ATP!!!
ATP
(190 Kg)
⇒ grande reutilização
do ATP!!!
CADEIA DE TRANSPORTE DE ELECTRÕES
(dador SH2
inicial)
S
Transp.1
oxidado
Transp.1
reduzido
Transp.2
reduzido
Transp.2
oxidado
Transp.3
oxidado
Transp.3
reduzido
Globalmente: SH2 + 1/2 O2
H2O
1/2 O2
(aceitador
final)
S + H2O
Oxidações-reduções (oxirreduções) catalisadas
por enzimas: desidrogenases
Desidrogenases dependentes de NAD+ ou NADP+
Sred + NAD+
DH
Sox + NADH + H+
NADH2
E’0 (NAD+/NADH2) = - 0,32 V
ex:
lactato desidrogenase
álcool desidrogenase
malato desidrogenase
fosfogliceraldeído desidrogenase
Flavoproteínas (FMN ou FAD)
FAD + 2H
FADH2
FMN + 2H
FMNH2
E’0 (FAD/FADH2) = - 0,10 V
ex:
NADH desidrogenase (FMN)
desidrogenase succínica (FAD)
transporte feito de acordo com potencial redox:
E’0 (v)
-0,4
-0,2
0
+0,2
NADH
FP
2e-
ATP
Q
b
ATP
2e- c1 c
a
+0,4
+0,6
+0,8
2e-
ATP
O2
Desagregando as mitocôndrias progressivamente (p.ex., com ultra-sons ou com um
detergente biológico suave, como o SDS – dodecil sulfato de sódio):
Capazes de fazer transporte de
electrões e fosforilação de ATP
Mitocôndria intacta em
corte transversal
Mitocôndria sem
membrana externa
Partículas
submitocondriais
Só capazes de fazer
transporte de electrões
Complexos respiratórios
Partículas
respiratórias
Estas experiências de desagregação das membranas mitocondriais
levaram ao conhecimento dos “complexos” da cadeia respiratória
mitocondrial:
Espaço entre as
membranas
Lado da matriz
mitocondrial
complexo I
complexo III
FP2 (FADH2)
complexo II
Succinato
complexo IV
complexo III
complexo I
Isocitrato
ATP
NADH
FP1 (4FeS)
Malato
cit b (FeS) cit c1
ATP
cit c
cit aa3
O2
FP2 (FADH2)
complexo II
Succinato
FP4
Piruvato
ATP
Q
FP3
complexo IV
α-cetoglutarato
TEORIA QUIMIOSMÓTICA DA SÍNTESE DE ATP
EXT
MEMBR. INT
EXT
MEMBR. INT
SH2
A
AH2
SH2
NAD
DH
S
2H+
FeS
2H+
B2+
Q
B
2H+
2H+
C
CH2
2ADP + 2Pi
ATP
+
2H2O
b
FeS
(ligado ao NAD)
S
• neste esquema, destacamos duas cópias da cadeia respiratória que faz parte da
membrana interna da mitocôndria
Cadeia de transporte de e- segundo Mitchell:
Há uma alternância entre
transportadores de protões e
electrões e transportadores de
electrões, e uma lateralidade da
membrana.
O composto A do esquema recebe
2H; quando é reoxidado pelo
composto B, que é apenas
transportador de electrões, liberta os
2H+ na face externa da membrana, e
assim sucessivamente.
Transportadores da cadeia mitocondrial
(FMN: protões e electrões)
(proteínas com centros Fe-S: só electrões)
(Ubiquinona: protões e electrões)
(citocrómios: só electrões)
1
2
2eNAD
DH 2H+
NAD
DH
Q
ADP + Pi
Q
b
2H+
c
a
b
[H+]
a
2H+
a3
H+
c
ATPase
O2
ATP
a3
membrana interna
(impermeável aos H+)
ATPase - adenosina trifosfatase (~ ATP sintetase)
ADP + Pi
ATPase
ATP
energia electroquímica (H+)
Gradiente de protões fonte energética que vai permitir a
síntese de ATP
PROTONÓFOROS
= ionóforos
transportadores de H+
através da membrana
a membrana fica
permeável aos
protões
continua o transporte
de e- (medido pelo
consumo de O2) mas
deixa de haver síntese
de ATP.
ex: DNP (dinitrofenol)
NO2
NO2
+ H+
NO2
O-
NO2
OH
atravessa a membrana
transportando protões e
desfaz o gradiente
Ionóforos:
(1) Tipo transportador
(valinomicina, muitos
antibióticos fúngicos)
(2) Tipo canal
(Gramicidina A)
- exterior hidrófobo (ex: hidrocarbonado)
- interior hidrófilo
Valinomicina:
-
=
-
-
-
=
-
-
=
-
-
-
-
-
-
=
-
H3C CH3 H3C Cl
H O
CH O
CH O
H O
-O-C-C-N-C-C-O-C-C-N-C-CCH3 H CH
H
H
CH
H3C
3
=O
K+
=O
D - valina
=O
D - hidroxiisovalerato
=O
ligações ester e peptídicas
=O
L - valina
=O
L - lactato
Gramicidina A:
=
-
- - -
- -=
O H
O
C
L
L
D
L
D
L
D
L
D
-Trp
Leu
Trp
Leu
Trp
C
HN - Val - Gly - Ala - Leu - Ala - Val - Val - Val - Trp - Leu
L
D
L
D
L
N-H
CH2
CH2
OH
complexo I
NADH:ubiquinona redutase
complexo II succinato:ubiquinona redutase
- NADH desidrogenase com
grupo prostético FMN (FP1)
- centros Fe-S
- succinato desidrogenase
com grupo prostético FAD
- centros Fe-S
- cit b
- cit c1
com heme
complexo III ubiquinol:cit c oxirredutase
- cit e
- centros Fe-S
complexo IV cit c oxidase
- cit a
- cit a3
com heme e Cu
A ATP sintetase na membrana mitocondrial interna
(Escherichia coli)
canal para os H+
espaço intermembranar
membrana mitocondrial
interna
matriz
P/O - nº de 1/2 O2 consumidos por 2 e- que passam na c.t.e( = nº de ATP formados por átomo de O consumido)
“complexos” isolados com detergentes suaves (sais biliares como
colato e desoxicolato)
complexo III
complexo I
complexo IV
Isocitrato
ATP
NADH
FP1 (4FeS)
FP3
FP4
Piruvato
Malato
ATP
Q
cit b (FeS) cit c1
FP2 (FADH2)
complexo II
Succinato
α-oxoglutarato
ATP
cit c
cit aa3
O2
P/O - nº de 1/2 O2 consumidos por 2 e- que passam na c.t.e( = nº de ATP formados por átomo de O consumido)
“complexos” isolados com detergentes suaves (sais biliares com o
colato e desoxicolato)
complexo III
complexo I
complexo IV
Isocitrato
ATP
NADH
FP1 (4FeS)
FP3
Malato
Q
cit b (FeS) cit c1
ATP
cit c
cit aa3
FP2 (FADH2)
complexo II
Succinato
FP4
Piruvato
ATP
α-oxoglutarato
INIBIÇÃO DA CADEIA RESPIRATÓRIA
Substratos
oxidados
ATP
NAD
ATP
FP
Co Q
rotenona
amital
cit b
ATP
cit c
cit a + a3
antimicina A
TMPD
ascorbato
KCN
CO
H 2S
P/O = 3 com NADH, malato, isocitrato, etc
P/O = 2 com succinato
P/O = 1 na presença de
ascorbato
O2
O2
Inibição da c.t.e- / fosforilação oxidativa
-desacopladores
- inibidores do transporte de electrões
- inibidores do ciclo de Krebs
- inibidores descarboxilação oxidativa
- perturbações do fornecimento O2
- inibidores selectivos dos transportadores
- inibidores da síntese de ATP (oligomicina)
estados de controlo respiratório
Estado 1
Estado 2
Estado 3
Estado 4
Estado 5
ADP/substrato
substrato
capacidade c.t.eADP
O2
controlo por ATP/ADP:
ATP/ADP elevada
vel. resp. baixa
ATP/ADP baixa
vel. resp. alta
Tecido adiposo castanho
(animais que hibernam, mamíferos recém-nascidos e mamíferos
adaptados ao frio)
- mitocôndrias com uma proteína desacopladora que desfaz o
gradiente de protões ⇒ calor
-↑↑↑proteína à nascença (depois ↓↓↓)
- pode ser induzida por adaptação ao frio ou excesso de
alimentação
Translocases de membrana mitocondrial interna
(a membrana mitocondrial externa tem porina , proteina
transmembranar com 1 poro)
NAD+ , NADP+ , NADH , NADPH : Não atravessam; há uma
reserva (“pool”) de coenzimas de cada lado da membrana.
(sistema lançadeira)
Componentes do ciclo de Krebs : translocases específicas (excepto
OAA e fumarato).
aa : resultantes da transaminasas de cetoácidos do ciclo.
ATP / ADP : translocase específica
Fosfato : translocase
específicas
TRANSLOCASES
(transporte através
da membrana)
apresentam saturação
têm inibidores
controlo do transporte por
metabolitos inibidores
simporte ou antiporte
SISTEMAS DE TRANSPORTE NA MEMBRANA
INTERNA DA MITOCÔNDRIA
espaço
intermembranar
membrana
interna
matriz
ADP
ATP
ATP/ADP translocase (inibida por
atractiloside)
Pi
Transportador de dicarboxilatos
Malato
Malato
Citrato
Transportador de tricarboxilatos
OXIDAÇÃO DE COENZIMAS REDUZIDOS
EXTRAMITOCONDRIAIS (sistemas tipo lançadeira -shuttle-)
NADH + H+
NAD+
Glicerol-P desidrogenase
citoplasmática
Dihidroxiacetona
fosfato
Glicerol
fosfato
FP
NADH
FP1
DH
MEMBR. MITOC.
EXTERNA
Glicerol-P desidrogenase
mitocondrial
Q
b
c1
c
ATP
LANÇADEIRA MALATO - ASPARTATO
a
a3
O2
MEMBR. MITOC.
INTERNA
ATP
NADH
NAD+
glutamato
Globalmente:
malato desidrogenase
OAA
malato
transaminase
aspartarto
α-cetoglutarato
NADH
(citoplasma)
NADH
(mitocôndria)
aspartarto
α-cetoglutarato
transaminase
glutamato
malato
malato desidrogenase
OAA
NAD+
NADH
c.t.e-
ATP
ATP
ATP
O2