1. UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DE PERNAMBUCO
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO INTEGRADO EM ZOOTECNIA
DISCIPLINA: METABOLISMO ENERGÉTICO
PROF. DR. CARLOS BOA-VIAGEM
GRUPO 1: GLÁUCIA MORAES
MICHELLE SIQUEIRA
JONAS INÁCIO
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
2. INTRODUÇÃO
Descoberta em 1948 por Eugene Kennedy e
Albert Lehninger
Mitocôndrias são os locais da fosforilação
oxidativa em eucariotos
Marcou o início da fase moderna dos estudos
de transduções biológicas de energia.
3. OBJETIVO
Demonstrar como o transporte de elétrons na membrana
mitocondrial gera força próton-motriz para a síntese de ATP
4. O QUE É FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA?
A fosforilação oxidativa (FO) é o estágio final do metabolismo produtor de
energia nos organismos aeróbicos (redução do O2 em água)
Degradação
Carboidratos
Gorduras
aminoácidos
Convergem para esse estágio final da
respiração celular, onde a energia da
oxidação governa a síntese de ATP.
5. Ciclo de Krebs
Fosforilação Oxidativa
Glicólise
Produzir ATP e, a partir daí, pode ser usada para todas as atividades celulares que
requerem gasto energético.
β - oxidação dos
ácidos graxos Aminoácidos
RESPIRAÇÃO CELULAR
6. QUAL A IMPORTÂNCIA DO ATP?
Relacionado:
Trabalho mecânico: Contração muscular
Trabalho de transporte: Gradiente de Na+ gerado pela Na+/K+ATPase
Rotas metabólicas: Síntese de proteínas e glicogênio
7. QUAL A IMPORTÂNCIA DO ATP?
Uso diário de ATP (g ATP/g tecido):
16
6
24
8. CARREADORES DE ELÉTRONS
Fosforilação do ADP em ATP, utilizando para isso a energia libertada nas
reações de oxidação-redução
NADH2
FADH2
Glicose + ciclo de krebs
Ciclo de krebs
(nicotinamida-adenina-dinucleotídeo)
(flavina-adenina-dinucleotídeo)
9. QUAL A DIFERENÇA ENTRE O NADH2 E O FADH2
NADH2
= 2,5 ATPs FADH2
= 1,5 ATPs
A diferença entre NAD e FAD está na quantidade de ATPs
que pode ser produzida a partir de cada um deles
18. TRANSPORTADORES DE
ELÉTRONS
A - Complexo I transfere elétrons do NADH para a ubiquinona
• Complexo I – ponto inicial da transferência de elétrons
• Composição: 42 cadeias de polipeptídeos
• Contendo flavoproteína FMN (flavina
mononucleotídeo) + 6 centros de Fe e S
19. TRANSPORTADORES DE
ELÉTRONS
A - Complexo I transfere elétrons do NADH para a ubiquinona
• Complexo I – ponto inicial da transferência de elétrons
• Composição: 42 cadeias de polipeptídeos
• Contendo flavoproteína FMN (flavina
mononucleotídeo) + 6 centros de Fe e S
Os elétrons são transferidos da FMNH2 para
uma série de proteínas ferro enxofre (FeS)
20. Uma via independente do Complexo I
Os grupos redox incluem o FAD, proteínas Fe-S
e o citocromo b.
Fortemente ligada ao CK
Os elétrons do FADH2 são transferidos para as
proteínas Fe-S e a seguir para a ubiquinona Q
para entrar na cadeia transportadora de
elétrons.
TRANSPORTADORES DE ELÉTRONS
B - Complexo II Succinato-coenzima Q oxirredutase
21. TRANSPORTADORES DE ELÉTRONS
C. Complexo III transfere elétrons da Ubiquinona (QH2) para o citocromo c-
oxidorredutase
A Uni.funcional do complexo é um dímero de monômeros iguais constituídos por 11
subunidades diferentes
•Monômero possui:
•cit b cit c1
•proteína Fe-S
22. O complexo III catalisa a transferência de elétrons da QH2 para o citocromo c.
Quatro prótons são translocados através da membranadois da matriz e dois do
QH2.
TRANSPORTADORES DE ELÉTRONS
23. (dois átomos de Cu complexados a
resíduos de cisteína)
com dois grupos heme ( ocorre a redução
do O2 com formação de H2O)
Possui dois centros de
transferência de e-
Complexo IV
TRANSPORTADORES DE ELÉTRONS
24. Complexo IV oxida o citocromo c e reduz o O2
Cada elétron é transferido do citocromo c para o centro redox CuA, e então
para o grupo heme a.
A seguir, o elétron viaja para um centro binuclear que consiste do átomo de
ferro do heme a3 (ligação do oxigênio)e um íon cobre (CuB).
A citocromo C oxidase também transloca dois prótons da matriz para o
espaço intermembrana.
A presença de íons de cobre é crítica para a transferência final dos elétrons
para o oxigênio.
TRANSPORTADORES DE ELÉTRONS
25. A passagem de e-
pela CTE
4 prótons da
matriz espaço
intermembranoso
do complexo I,
4 prótons do
complexo III
2 prótons do
complexo IV.
TRANSPORTADORES DE ELÉTRONS
35. SÍNTESE DE ATP
A transferência de e- libera e- a força próton-motriz conserva
energia livre suficiente (cercar de 200 kJ) por par de elétrons para
impulsionar a formação de um mol de ATP (requer cerca de 50
KJ/mol);
36. SÍNTESE DE ATP
Qual é o mecanismo químico que acopla o fluxo de prótons com a
fosforilação?
O modelo
quimiosmótico
Paradigma
37. SÍNTESE DE ATP
A energia
eletroquímica
inerente à diferença
de cargas através da
membrana
mitocondrial interna
(força próton-motriz),
impulsiona a síntese
de ATP à medida que
os prótons fluem
passivamente de
volta à matriz através
da ATP sintase.
38. SÍNTESE DE ATP
Mitchell usou o termo “quimiosmótico” para descrever reações
enzimáticas que envolvem, simultaneamente, uma reação química
e um processo de transporte, e o processo global é muitas vezes
denominado de “acoplamento químiosmótico”. O acoplamento
refere-se à conexão obrigatória entre a síntese mitocondrial de
ATP e o fluxo de elétrons pela cadeia respiratória; nenhum dos
dois processos pode prosseguir sem o outro.
40. ATP SINTASE
Complexo enzimático da
membrana mitocondrial
interna que catalisa a
formação de ATP a partir de
ADP e Pi, acompanhada pelo
fluxo de prótons do lado P
para o lado N da membrana;
Possui dois componentes
distintos: F1 ( proteína
periférica de membrana) e Fo
(proteína integral de
membrana).
41. ATP SINTASE
A F1 tem 9 subunidades de cinco diferentes
tipos, com a composição α3 β3 γ δ ε
Cada uma das três subunidades β tem um
sítio catalítico para a síntese de ATP;
As subnidades β, podem assumir
conformações diferentes (β -ATP, - β ADP, β
-Vazio).
Subunidade β -Vazio ocorre com a interação
da subunidade γ.
42. ATP SINTASE
O complexo Fo que compõe o poro de prótons é composto de três
subunidades (a, b e c)
43. CATÁLISE ROTACIONAL
Uma dada subunidade β, começa na conformação β-
ADP, que liga o ADP e Pi do meio circundante;
A subunidade agora muda de conformação,
assumindo a forma β- ATP, que se liga firmemente e
estabiliza o ATP;
Finalmente, a subunidade muda para a conformação
β-vazia, que tem baixa afinidade por ATP;
O ATP recém-sintetizado deixa a superfície da
enzima.
44. ATP SINTASE
Uma dada subunidade β,
começa na conformação β-ADP,
que liga o ADP e Pi do meio
circundante;
A subunidade agora muda de
conformação, assumindo a
forma β- ATP, que se liga
firmemente e estabiliza o ATP;
Finalmente, a subunidade muda
para a conformação β-vazia, que
tem baixa afinidade por ATP;
O ATP recém-sintetizado deixa a
superfície da enzima.
45. CATÁLISE ROTACIONAL
As mudanças conformacionais centrais a este mecanismo são
desencadeadas pela passagem de prótons através da porção Fo da
ATP-sintase;
A corrente de prótons através do “póro” Fo, faz com que o cilindro
de subunidade c e a subunidade γ a ele encaixada rodem ao longo
do eixo γ;
46. CATÁLISE ROTACIONAL
A subunidade γ passa através do centro
esferoide α3 β3 , e a cada rotação de 120°,
γ entra em contato com uma diferente
subunidade β, e o contato força a
subunidade β a tomar a conformação β-
vazio;
As três subunidade β interagem de modo
que, quando uma assume a conformação
β-ADP suas vizinhas assumem β-ATP e β-
vazio.
47. CATÁLISE ROTACIONAL
Quantos prótons são bombeados para fora pela transferência de
elétrons do NADH ao O2 e quantos prótons precisam fluir para dentro
através do complexo Fo F1 para proporcionar a síntese de ATP?
Os valores consensuais para o número de prótons bombeados
para fora por par de e- são 10 para NADH e 6 para succinato.
48. CATÁLISE ROTACIONAL
O valor experimental mais aceito para o número de prótons
requeridos para possibilitar a síntese de uma molécula de APT é 4;
A razão para NADH é 2,5 e para succinato é 1,5;
49. REGULAÇÃO DA FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
ATP sintase:
Gradiente de prótons
Concentração de ADP, Pi
Cadeia de transporte de elétrons:
NADH, FADH, O2
Gradiente de prótons
Gradiente de prótons:
ATPsitase
Tranporte de elétrons
50. Rotenona(inseticida): ►Inibe o fluxo de elétrons do complexo I para a
ubiquinona
Antimicina A (antibiótico): ►Inibe o fluxo de elétrons no complexo III.
Cianeto e monóxido de carbono: ►Inibem a passagem de elétrons no
complexo IV.
Inibidores da Cadeia Respiratória
Notas do Editor
Fim das rotas metabólicas de produção de energia em organismos aeróbios
Representa o estágio 3 do processo da respiração celular
A tendência com a qual um doador de elétrons perde seus elétrons para um aceptor eletrônico é expressa quantitativamente pelo potencial de redução do sistema.
Quanto maior o potencial padrão de redução, maior a afinidade da forma oxidada do par redox em aceitar elétrons e, assim, tornar-se reduzida.
O NADH é oxidado a NAD+ pela ação do Complexo I com a
transferência de + 2H+ + 2e para a coenzima Q (CoQ ou ubiquinona)
na cadeia mitocondrial transportadora de elétrons
Os elétrons são transferidos
inicialmente do NADH para a FMN
A seguir os elétrons são transferidos da FMNH2 para uma série de
proteínas ferro enxôfre (FeS)
O NADH é oxidado a NAD+ pela ação do Complexo I com a
transferência de + 2H+ + 2e para a coenzima Q (CoQ ou ubiquinona)
na cadeia mitocondrial transportadora de elétrons
Os elétrons são transferidos
inicialmente do NADH para a FMN
A seguir os elétrons são transferidos da FMNH2 para uma série de
proteínas ferro enxôfre (FeS)