quarta aula de Bioquímica II para alunos do curso C. Biológicas da UENF

3. “Queima” da glicose
em um experimento
Energia liberada da
glicose
(como calor e luz)
100%
Energia liberada
da glicose
transformada em
ATP
“Queimando” glicose
na respiração celular
~40%
Energia da
gasolina
convertida em
movimento
Queima da gasolina
em um motor de carro
25%

4. Glicólise
Ciclo do Ácido Cítrico
Cadeia transportadora de
elétrons/fosforilação
oxidativa

6. Glicose Oxigênio Dioxido de
Carbono
água Energia

9. Perda de átomos de
hidrogênio
Glicose
Ganho de atomos de
hidrogênio
Energia

13. Elétrons são transportados por coenzimas reduzidas
Elétrons são passados por uma cadeia de proteínas e
coenzimas, organizadas em sequência na membrana interna
mitocondrial (CTE).
A passagem dos elétrons pela CTE dirige a geração de um
gradiente de prótons através da membrana interna
mitocondrial

14. Fosforilação oxidativa é o processo de síntese de ATP
FO ocorre na membrana interna mitocondrial em
consequência do transporte de elétrons.
É o gradiente de prótons que dirige a síntese de ATP pela ATP
sintase
Isto tudo acontece na membrana interna mitocondrial

16. NADH.HNADH.H++
FADHFADH22
NADH.HNADH.H++
FADHFADH22

18. NADH
reduzido
2 e-
2 H+
NAD+
oxidado
Adenina

20. 2H+
; 2e-

21. NADH.HNADH.H++
FADHFADH22
NADH.HNADH.H++
FADHFADH22

23. Quatro complexos proteicos na membrana interna
mitocondrial
Uma coenzima lipossolúvel (UQ, CoQ) e uma proteína
hidrossolúvel (citocromo c) são as pontes entre os complexos
proteicos (componentes móveis)

24. Complexo 1
- NADH – Coenzima Q (CoQ) Redutase (oxiredutase)
Complexo 2
- Succinate-CoQ Redutase
Complexo 3
- CoQ-Citocromo c Redutase
Complexo 4
- Citocromo c Oxidase

25. Coenzima Q – CoQ
-tb chamada de ubiquinona (UQ)
Citocromo c – cit.c

26. Elétrons geralmente perdem energia ao longo da cadeia
Isto é determinado pelo potencial de redução (ou potencial redutor)
destes componentes da CTE
Os componentes da CTE estão organizados do maior potencial de
redução para o menor potencial de redução

27. Alto Eo' indica uma forte tendência de ser reduzido ou ganhar elétrons
Equação crucial:∆Go
' = -nF ∆ Eo'
∆Eo' = Eo'(aceptor) - Eo'(doador)
Elétrons são doados pela metade da reação com um potencial de
redução mais negativo e são aceitos pela reação com um potencial
de redução mais positivo: ∆ Eo’ positive, ∆ Go
' negative

30. Q

31. Complexo I
Complexo III
Complexo IV
Complexo II

34. o Componente móvel da CTE
o Hemeproteína

35. Fe++

37. ou NADH-CoQ oxirredutaseNADH-CoQ oxirredutase
Ou NADH desidrogenase
Transfere elétrons do NADH para a CoQ
Formado por mais de 30 subunidades proteicas – massa molecular de 850 kD
Caminho dos elétrons no complexo:
NADH FMN  Fe-S  UQ  FeS  UQ
Quatro H+
são bombeados por cada 2e-
transportados

39. ou Succinato-CoQ RedutaseSuccinato-CoQ Redutase
succinato desidrogenase (do CAC!)
flavoproteina 2 (FP2) - FAD covalentemente ligado
Quatro subunidades, incluindo 2 proteínas Fe-S
Três tipos de agregados Fe-S:
4Fe-4S, 3Fe-4S, 2Fe-2S
Caminho dos elétrons: succinato  FADH2  2Fe2+
 UQH2
Reação líquida:
succinato + UQ  fumarato + UQH2

41. ouou CoQ-Citocromo c RedutaseCoQ-Citocromo c Redutase
CoQ passa elétrons para o cit. c (e bombeia H+
) em um ciclo redox único
conhecido como Ciclo Q
A principal proteína trans-membrana no complexo III é o citocromo b - com
hemes bL e bH
Citocromos, como o Fe nos agregados Fe-S, são agentes de transferência
de um elétron
UQH2 é um carreador de elétron lipossolúvel
Cit. c é um carreador de elétron hidrossolúvel

46. ouou Citocromo c OxidaseCitocromo c Oxidase
Elétrons do cit.c são usados em uma redução de 4 elétrons que produz 2H2O a
partir de 1 O2 :
½ O2 + 2H+
+ 2e-
H2O
Oxigênio é, portanto, o aceptor final de elétrons da CTE
Citocromo c oxidase utiliza 2 hemes (a e a3) e 2 sítios de cobre
Complexo IV também bombeia prótons (H+
)

55. UQH2 + 2H+
dentro + 2 cit. c ox. 4 H+
fora + 2 cit. c red. + UQ
Complexo III
citocromo bc1
Ubiquinona ou
coenzima Q3
Complexo II
succinato desidrogenase
Ubiquinona ou
coenzima Q
FADH2
2
Succinato FADH2 2Fe2+
UQH2
Complexo IV
citocromo a.a3
ou citocromo oxidase
Citocromo c
O2
4
4 citocromo c (red.) + 4H+
+ O2 4 citocromo c (ox.) + 2 H2O
Complexo I
NADH desidrogenase
Ubiquinona ou
coenzima Q
NADH.H+
1
NADH FMN Fe-S UQ Fe-S UQ

57. Acoplamento foi um mistério por muitos anos
Muitos bioquímicos desperdiçaram suas carreiras procurando por um
“intermediário de alta energia"
Peter Mitchell propôs uma nova idéia:
Um gradiente de prótons através da membrana interna mitocondrial
pode ser usado para dirigir a sintese de ATP
Mitchell foi ridicularizado, mas a hipótese quimiosmótica ganhou o prêmio Nobel

58. O fluxo de elétrons do NADH.H+
até o O2 é um processo exergônico:
NADH + O2 + H+
H2O + NAD+
∆G0
= -52,6kcal/mol
Essa energia livre de oxidação é usada para a síntese de ATP:
ADP + Pi + H+
ATP + H2O ∆G0
= +7,3 kcal/mol
Pergunta:
Quantos ATPs é possível sintetizar com a energia liberada
durante o fluxo de elétrons?

60. O gradiente de pH e o potencial de membrana constituem uma força
próton-motriz que é usada para impulsionar a síntese de ATP
Quem usa essa força próton-motriz é a ATP sintase
Teoria Quimiosmótica (1961) Peter Mitchell –
Prêmio Nobel de Química em 1978

62. Difusão de prótons através da proteína dirige a síntese de ATP!!!!
Dois domínios: F1 e F0 (originalmente “F-o” por sua inibição pela
oligomicina)
Racker & Stoeckenius confirmaram a hipótese de Mitchell
usando vesículas contendo ATP sintase e bacteriorhodopsin
Paul Boyer’s binding change mechanism compartilhou o prêmio
Nobel de Quimica de 1997

63. Neste experimento Walther Stoeckenius e Efraim
Racker, usaram bacteriorodopsina, uma bomba de
prótons dependente de luz, inserida em uma vesícula
contendo ATPase purificada de mitocôndrias de
coração bovino. Quando iluminado, este sistema
sintetiza ATP !!!! Explique.

66. Na presença do gradiente de prótons:
Na ausência do gradiente de prótons:
é liberado
Ligado à
enzima
Ligado à
enzima

68. Rotenona inibe o Complexo I – e ajuda índios da
Amazônia a caçar peixes!
Cianeto, azida e CO inibem o Complexo IV, ligando
fortemente a forma férrica (Fe3+
) de a3
Oligomicina e DCCD são inibidores da ATP sintase

71. Desacoplando o transporte de e-
e a fosforilação oxidativa
Desacopladores rompem o acoplamento entre CTE e FO, dissipando
o gradiente de prótons
Desacopladores são moléculas hidrofóbicas com um próton
dissociável
Eles atravessam a membrana levando protons de volta, para dissipar
o gradiente

73. ATP deve ser transportado para for a da mitocondria
ATP fora, ADP dentro - "translocase"
Movimento do ATP para fora é favorecido, porque o citoplasma é "+" em relação a
"-" matriz
Mas um ATP fora e um ADP dentro isignifica o movimento de uma carga negativa
para fora - o equivalente a um H+
entrando
Assim cada ATP transportado para for a custa um H+
A sintese de um ATP custa 3 H+
Assim, para fazer e exportar: 1 ATP = 4H+

75. i.e., Quantos ATPs são produzidos por par de elétrons na CTE?
CTE forma 10 H+
bombeados por par de elétrons do NADH até o oxigênio
4 H+
fluem de volta para a matriz por ATP transportado para o citoplasma
10/4 = 2,5 para elétrons entrando como NADH
Para eletrons entrando como succinato (FADH2), por volta de 6 H+
são
bombeados por par de eletrons até oxoigênio
6/4 = 1,5 para os eletrons entrando como sucinato (FADH2)

77. “Sistemas de lançadeiras" efetuam o movimento de elétrons sem
realmente carregar NADH.H+
:
1. Lançadeira do Glicerofosfato1. Lançadeira do Glicerofosfato estoca elétrons no glicerol-
3P, que transfere elétrons para o FAD
2. Lançadeira Malato-aspartato2. Lançadeira Malato-aspartato usa malato para
transportar elétrons através da membrana

78. 1.Lançadeira do Glicerofosfato1.Lançadeira do Glicerofosfato

79. 2. Lançadeira Malato-aspartato2. Lançadeira Malato-aspartato
citoplas
ma
Matriz
mitocond
rial

80. Depende de que lançadeira é usada!
30 ATP por molécula de glicose se a lançadeira glicerol-3-P é usada
32 ATP por molécula de glicose se a lançadeira malato-asp é usada
Em bactéria - sem mitocôndria – nenhum H+
extra é usado para
exportar ATP para o citoplasma, assim:
 10/3 = ~3ATP/NADH
 6/3 = ~ 2ATP/FADH2

82. ElectronTransportSystem (ElectronTransportSystem.EXE)
http://youtu.be/QeHCAFKaWM8

83. A velocidade da fosforilação oxidativa é determinada pela
necessidade de ATP (nível de ADP) e pela disponibilidade
de NADH.
A regulação da velocidade da Fox pelo nível de ADP é
chamada de controle respiratório
Disponibilidade de O2

84. Pode-se fazer um curto circuito do gradiente de prótons para gerar calor - DNP.
Termogenina, também chamada de proteína desacopladora em tecido adiposo marrom (mamíferos
em hibernação e alguns animais recém-nascidos.
Dimero de subunidades de 33 kDa que se assemelha a translocase ADP-ATP
Esta proteína forma uma via de fluxo de protons do citoplasma para a matriz mitocondrial
Um tipo de repolho usa um mecanismo semellhante para aquecer suas espigas florais, aumentando
a evaporação de moléculas odoríferas que atraem insetos para fertilizar suas flores.

85. A redução do oxigênio por um elétron produz um O2
-
Isso acontece fisiologicamente durante a CTE
Radicais de oxigênio podem ser gerados e causar um desequilíbrio
chamado estresse oxidativo
ROS Anti-ox

86. Hypoclorous acid
Cl-
Fe+2
SOD
Polyunsaturated
fatty acids Lipid Hydroperoxides
catalase
H2O+ 1/2 O2
β-caroteno radical
GSH GSSH
Se-Glutathione
Peroxidase
H2O
NADPHNADP Glutathione
reductase
β-caroteno
α-tocoferol
OH
α-tocoferol
O.
O. I. Arouma (1994) J. Nutr. Biochem.5:370

87. http://www.youtube.com/watch?v=3y1dO4nNaKY
http://www.youtube.com/watch?v=-Gb2EzF_XqA
https://www.youtube.com/watch?v=rGaP9nE8d9k