AULA - CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS E FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA

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CADEIA DE TRANSPORTE DE 
ELÉTRONS E FOSFORILAÇÃO 
OXIDATIVA 
 A fosforilação oxidativa é o estágio final do metabolismo 
 produtor de energia nos organismos aeróbios, sendo que 
 esta energia é responsável pela síntese de ATP 
 Envolve a redução de O2 à H2O com elétrons doados do NADH 
 e FADH2 
 As diferenças na concentração transmembrana de prótons 
 são os reservatórios para a energia extraída das reações de 
 oxidações biológicas 
 
 
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA 
1 - Envolve fluxo de elétrons através de uma cadeia de 
transportadores ligados a membrana 
2 - A energia livre disponibilizada através desse fluxo de elétrons 
está acoplada ao transporte de prótons, através de uma 
membrana impermeável ao próton conservando a energia livre 
da oxidação dos combustíveis como um potencial eletro-químico 
transmembrana 
3 - O fluxo transmembrana de H+ no sentido do seu gradiente de 
concentração através de canais específicos fornece a energia 
livre para a síntese de ATP, que é catalisada por um complexo 
protéico ligado a membrana (ATP sintase) e que acopla o fluxo de 
H+ e a fosforilação do ADP 
Facilmente 
permeável a íons e 
moléculas pequenas 
– canais 
transmembranas 
Impermeável a maioria das 
moléculas pequenas e íons 
incluindo H+ - transportadores 
específicos 
O ADP e o Pi são transportados 
especificamente para o interior 
da matriz à medida que o ATP 
recém sintetizado é 
transportado para fora 
Na fosforilação oxidativa ocorrem três tipos de transferência de 
elétrons; 
- transferência direta de elétrons (Fe3+ a Fe2+) 
- transferência como um átomo de H (H+ + e-) 
- transferência como um íon hidreto (:H+) que possui 2 e- 
 
Na cadeia respiratória os elétrons são transportados por outros três 
tipos de moléculas, ubiquinona (Q), citocromo c, proteínas Fe-S. 
- Ubiquinona – pequena e hidrofóbica, pode aceitar 1 e- ou 2 e- 
(como carrega tanto H+ quanto e-, ela desempenha um papel central 
no acoplamento do fluxo de e- ao movimento de H+) 
- Citocromo - são proteínas que contêm grupos prostéticos heme que 
contêm Fe 
- Proteínas Fe-S - o ferro está associado à átomos de S inorgânico, 
de resíduos de cisteina, ou ainda o Fe pode estar coordenado a dois 
resíduos de histidina. Todas as proteínas Fe-S participam de 
transferência de 1 e- 
 Os transportadores de elétrons da cadeia respiratória estão organizados 
 em complexos supramoleculares embebidos na membrana mitocondrial. 
 COMPLEXO I – catalisa a transferência de elétrons do NADH para a 
 ubiquinona 
 COMPLEXO II – catalisa a transferência de elétrons do FADH2 para a 
 ubiquinona 
 COMPLEXO III – transporta elétrons da ubiquinona até o citocromo c 
 COMLEXO IV – completa seqüência transferindo os elétrons do citocromo c 
 para o O2 
A redução de O2 com 4 e
- envolve centros redox que 
transportam apenas 1 e- de cada vez e ela deve ocorrer 
sem gerar intermediários incompletamente reduzidos 
(ROS), os intermediários permanecem fortemente ligados 
ao complexo até serem completamente convertidos em H2O 
GRADIENTE DE PRÓTONS 
 
- A transferência de 2 e- do NADH para o O2, oxidando NAD
+ é 
 exergônica (-220 kJ/mol). A transferência de e- do succinato 
 para o O2 (FADH2  FAD) também é exergônica (-150 kJ/mol). 
- A maior parte dessa energia é empregada para bombear os H+ 
 para fora da matriz 
- Para cada par de e- transferidos para o O2, 4 H
+ são 
 bombeados para fora pelo complexo I, 4 H+ pelo complexo III e 
 2 H+ pelo complexo IV 
 
A energia inerente a essa diferença na concentração de H+ e 
separação de cargas é denominada de força-próton-motriz e 
apresenta dois componentes: 
- energia potencial química – pela diferença da [H+] dentro e 
 fora da membrana 
- energia potencial elétrica – separação de carga devido a 
 movimentação do H+ pela membrana sem um contra-íon 
 
Uma vez que a transferência de 2 e- do NADH para o O2 é 
acompanhado pelo bombeamento para fora de 10 H+, 
aproximadamente 200 kJ/mol dos 220 kJ/mol disponibilizados 
pelo NADH são conservados no gradiente de H+. Quando os H+ 
se deslocam espontaneamente a favor do seu gradiente 
eletroquímico, a energia é disponibilizada para produzir 
trabalho (síntese de ATP a partir de ADP e Pi) – TEORIA 
QUIMIOSMÓTICA DE MITCHELL 
SÍNTESE DE ATP 
 
- A síntese de ATP ocorre à medida que os H+ fluem 
 passivamente de volta para a matriz através de um poro para 
 H+ associado à ATP sintase 
ATP SINTASE OU COMPLEXO V – É um complexo enzimático da 
membrana mitocondrial interna que catalisa a formação de ATP 
a partir de ADP e Pi, acompanhada do fluxo de H+ do espaço 
intermembranas para a matriz e apresenta 2 componentes 
distintos: 
- F1 - responsável pela síntese de ATP 
- Fo - com um poro para o fluxo de H
+ 
 
O ATP formado não deixa a superfície da enzima na ausência 
de um gradiente de H+. A síntese de ATP ocorre por catálise 
rotacional onde os 3 sítios ativos de F1 giram catalisando o ATP. 
- uma subunidade β-ADP que liga ADP e Pi 
- uma subunidade β-ATP que liga ATP 
- uma subunidade β-vazia que libera ATP 
 
As mudanças conformacionais são dirigidas pela passagem 
dos H+ através da porção Fo da ATP sintase 
ESTEQUIOMETRIA DO CONSUMO DE 
O
2
 E SÍNTESE DE ATP 
 
- A razão P/O sempre foi um número inteiro: 
P – próton (H+) 
O – oxigênio (2 e-) 
- Medidas experimentais sempre forneceram razão P/O >2 para 
o NADH, isto é, = 3, e > 1 para o succinato, isto é, = 2. 
 
Atualmente, levando em consideração a teoria quimiosmótica, o 
valor concenso para os H+ bombeados para fora por par de e- é 
10 para NADH e 6 para succinato. O valor experimental mais 
aceito para o número de H+ necessários para proporcionar a 
síntese de uma molécula de ATP é 4. Assim, a razão P/O para 
NADH é 2,5 e para FAD ou succinato 1,5 
A fosforilação é regulada pelas necessidades de 
energia da célula. A [ADP] intracelular e a razão de 
ação das massas [ATP]/[ADP][Pi] são parâmetros 
do estado energético da célula. As concentrações 
de ATP e ADP estabelecem a velocidade de 
transferência de elétrons através da cadeia 
respiratória por meio de uma serie de controles 
interligados agindo na respiração, na glicólise e no 
ciclo de Krebs 
Compostos Uso Efeito na fosforilação oxidativa 
Cianeto 
Monóxido de carbono 
Venenos 
Inibe a cadeia de transporte de 
elétrons ao ligar o oxigénio com 
maior afinidade que o centro Fe–S 
do citocromo c oxidase, evitando a 
redução do O2 
Oligomicina Antibiótico 
Inibe a ATP sintase ao bloquear o 
fluxo de prótons através da 
subunidade FO 
2,4-Dinitrofenol Venenos 
Ionóforos que perturbam o 
gradiente de prótons ao 
transportar prótons através da 
membrana mitocondrial interna, 
desacoplando então o 
bombeamento de prótons da 
síntese de ATP 
Rotenona Pesticida 
Evita a transferência de elétrons 
do complexo I para a ubiquinona 
ao bloquear o local de ligação da 
ubiquinona 
INIBIDORES