OXIDAÇÕES BIOLÓGICAS:
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 53

OXIDAÇÕES BIOLÓGICAS: Cadeia respiratória e fosforilação oxidativa PowerPoint PPT Presentation


  • 84 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

OXIDAÇÕES BIOLÓGICAS: Cadeia respiratória e fosforilação oxidativa. Transporte de élétrons e fosforilação oxidativa 1 - Introdução 2 - Formas de formação de ATP 3 - Mitocondria – características gerais – componentes da cadeia

Download Presentation

OXIDAÇÕES BIOLÓGICAS: Cadeia respiratória e fosforilação oxidativa

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

OXIDAÇÕES BIOLÓGICAS:

Cadeia respiratória e fosforilação oxidativa


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

Transporte de élétrons e fosforilação oxidativa

1 - Introdução

2 - Formas de formação de ATP

3 - Mitocondria – características gerais – componentes da cadeia

4 - Óxido redução: conceitos, organização dos componentes da

cadeia de acordo com seus potenciais de óxido redução

5 - Esquema geral de funcionamento da cadeia de transporte de e-

6 - Inibidores e desacopladores do Sistema

7 - Produção de ATP por molécula de glicose

Aproveitamento de NADH citoplasmático através de lançadeiras

8 - Produção de calor

9 - Regulação do Sistema


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

Metabolismo: integração entre catabolismo e anabolismo


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

Estágio 1

Produção de

Acetil-CoA

Catabolismo

de

proteínas

lipídeos

e

carboidratos

mitocôndrias

Estágio 2

Oxidação de

Acetil-CoA

Estágio 3

Transporte

de elétrons e

fosforilação

oxidativa


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

Localização da glicólise e do ciclo de Krebs (tricarboxilicos ou dos ácidos cítricos) e do transporte de elétrons e fosforilação

Citoplasma

Interior da mitocôndria


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

Transporte de élétrons e fosforilação oxidativa

1 - Introdução

2 - Formas de formação de ATP

3 - Mitocondria – características gerais – componentes da cadeia

4 - Óxido redução: conceitos, organização dos componentes da

cadeia de acordo com seus potenciais de óxido redução

5 - Esquema geral de funcionamento da cadeia de transporte de e-

6 - Inibidores e desacopladores do Sistema

7 - Produção de ATP por molécula de glicose

Aproveitamento de NADH citoplasmático através de lançadeiras

8 - Produção de calor

9 - Regulação do Sistema


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

A variação de energia livre na hidrólise do ATP é grande e negativa

A hidrólise diminui a repulsão entre as cargas

Estabilização por ressonância

Ionização

Os produtos formados na hidrólise do ATP são mais estáveis porque fazem ressonância e apresentam menos repulsão eletrostática


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

Existem duas formas de formação do ATP

(nos animais)

1 – Fosforilação ao nível de Substrato

2 – Fosforilação através da cadeia transportadora

de elétrons acoplada a fosforilação


Gliceraldeido 3 fosfato desidrogenase

Gliceraldeido 3-fosfato desidrogenase

(1)

Produto desta reação contém

energia para fosforilar ADP em

ATP

  • Enzima da via glicolítica

  • NADH produzido no citoplasma*

  • Destino do NADH em meio aeróbico e meio anaeróbico


Fosforiza o ao n vel de substrato

Fosforização ao nível de substrato

(1)

  • Conversão do succinil-CoA em succinato

  • Etapa de fosforilação da enzima

  • GTP ou ATP (ΔG’º = 0)


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

Mecanismo da reação da succinil-CoA sintetase

Inicialmente o succinil-CoA se liga à enzima succinil-CoA sintetase.

No passo 1, um grupo fosforil ocupa o lugar da CoA no succinil-CoA ligado a enzima, formando um composto acila-fosfato de alta energia. No passo 2, o succinil-fosfato cede seu grupo fosforil para um resíduo de histidina da cadeia polipeptídica da enzima, formando um derivado de alta energia. No passo 3, o grupo fosforil é transferido desse resíduo de His para o grupo fosfato terminal da molécula de GDP (ADP) formando GTP (ATP).


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

Transporte de élétrons e fosforilação oxidativa

1 - Introdução

2 - Formas de formação de ATP

3 - Mitocondria – características gerais – componentes da cadeia

4 - Esquema geral de funcionamento da cadeia de transporte de e-

5 - Óxido redução: conceitos, organização dos componentes da

cadeia de acordo com seus potenciais de óxido redução

6 - Inibidores e desacopladores do Sistema

7 - Produção de ATP por molécula de glicose

Aproveitamento de NADH citoplasmático através de lançadeiras

8 - Produção de calor

9 - Regulação do Sistema


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

OXIDAÇÕES BIOLÓGICAS:

Cadeia respiratória e fosforilação oxidativa


Estrutura da mitocondria

Estrutura da mitocondria

  • Membrana externa

  • Membrana interna

  • Matriz mitocondrial


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

Estudo dos componentes

da membrana mitocondrial


Complexos prote cos transportadores de el trons

Complexos proteícos transportadores de elétrons

O que são grupos prostéticos?


Componentes da cadeia respirat ria

COMPONENTES DA CADEIA RESPIRATÓRIA

COMPLEXO I: recebe elétrons do NADH

COMPLEXO II: recebe elétrons do FADH2

UBIQUINONA (Q)

COMPLEXO III

CITOCROMO c e COMPLEXO IV


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

½ O2

H2O

Fumarato

Succinato

NADH

NAD+

FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA DO ADP

2H+

4H+

4H+


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

Nucleotídeos: transporte energia

2H+

4H+

Cit c

4H+

F1

Matriz

Fo

H2O

Espaço intermembrana

H+

H+

H+

H+

H+

H+

F0

H+

H+

H+

F1

H+

NADH + H+ NAD+

NH2

NH2

Ligações fosfoéster

N

N

N

N

1/2 O2 + 2H+

Ligações fosfoanidrido

P

N

H

O

HO

H

H

H

O

P

P

H

P

H

H

H

O

N

O

P

O

2-

N

N

Matriz

Fumarato

Succinato

ATP

ADP + Pi

+

HPO4

O

O

O-

O-

O-

O-

O-

Espaço intermembrana

-O

CH2

CH2

O

O

O

O

O

+

ATP

ADP

H2O

HO

OH

HO

OH

O gradiente eletroquímico de prótons gerado durante o transporte de elétrons é usado para síntese de ATP através do complexo ATPsintase


Modelo mostrando a s ntese de atp

Modelo mostrando a síntese de ATP

Proteínas transportadoras de eletrons

Proteínas integrais e periféricas

Extrusão de prótons

Complexo ATP sintase

Gradiente químico

Gradiente elétrico

Gradiente eletroquímico


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

Transporte de élétrons e fosforilação oxidativa

1 - Introdução

2 - Formas de formação de ATP

3 - Mitocondria – características gerais – componentes da cadeia

4 - Esquema geral de funcionamento da cadeia de transporte de e-

5 - Óxido redução: conceitos, organização dos componentes da

cadeia de acordo com seus potenciais de óxido redução

6 - Inibidores e desacopladores do Sistema

7 - Produção de ATP por molécula de glicose

Aproveitamento de NADH citoplasmático através de lançadeiras

8 - Produção de calor

9 - Regulação do Sistema


Potencias de xido redu o

Potencias de óxido-redução


Rea es de xido redu o

Reações de óxido-redução

Ared Aox + e- oxidação

As formas oxidada e reduzida do composto (Ared / Aox )constituem um sistema chamado par redox.

Box + e- Bred redução

Ared + Box Aox + Bred reação de óxido-redução

Nas reações de óxido redução biológicas, os elétrons transferidos são geralmente acompanhados de prótons ou seja há transferência de átomos de hidrogênio:

AH2 + B A + BH2

(red) (ox) (ox) ( red)

A tendência do par redox (Ared / Aox ) em perder ou ganhar elétrons é expressa pelo seu potencial de óxido-redução, representado por Eque depende das espécies envolvidas e das concentrações da forma oxidada e reduzidas das espécies.


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

Potenciais de Oxido-reduções

Fe+3 + Cu+↔ Fe+2 + Cu+2

Fe+3 + e-↔ Fe+2 (redução)

Cu+ ↔ Cu+2 + e- (oxidação)

Potencial de redução padrão (E0)

2 H+ + 2e- H2 (referência)

2 H+ + 2e- H2 (referência)

NAD+ + H+ + 2e- NADH (teste)

NAD+ + H+ + 2e- NADH (teste)

Potencial de redução padrão bioquímico (E0’)

Célula eletroquímica de referência. H2 gasoso a pressão de 101 KPa e 1M de H+

Célula teste contendo 1M das espécies reduzida e oxidada do par redox em exame

E = 0 V

E0’ = - 0,320 V


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

  • Uma vez conectadas as meias células, os elétrons fluem de uma meia célula para outra

  • Se a reação se proceder na seguinte direção:

    X- + H+ X + ½ H2

  • Nas meias células as reações serão:

    X- X + e-

    H+ + e-½ H2

  • Os eletrons fluem da meia célula onde está a substância teste (X) para a meia célula de referência ( padrão)

  • Dessa forma , o eletrodo é negativo em relação ao eletrodo padrão.

  • O potencial redox do par H+: H2 é definido como sendo 0 V (volts)

  • Potencial negativo significa que um substrato tem menor afinidade por elétrons do que H2

  • Potencial positivo significa que um substrato tem maior afinidade por elétrons que H2


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

OXIDAÇÃO DO NADH ATÉ OXIGÊNIO

Potenciais de óxido-redução

NAD+ + H+ + 2e- NADH Eo' = - 0,32V

½O2 + H+ + 2e-H2O Eo' = + 0,82V

A reação acontecerá da seguinte forma:

½O2 + NADH + H+ H2O + NAD+ Eo' = +1,14 V

ΔEo' = Eo' do oxidante - Eo' do redutor

= 0,82 - ( - 0,32)

= 1,14 V

Go'= - nF.Eo'

= -2 x 96.500 x [0,82 - (- 0,32)]

= - 220 kJ /mol

Aplicando a equação:


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

  • Um forte agente redutor, como NADH e FADH2 tem potencial redox negativo

  • Um forte agente oxidante, como O2 , tem potencial redox positivo

  • A variação de energia livre de uma reação de oxido-redução pode ser facilmente calculada somente avaliando a diferença de potencial redox dos reagentes e produtos.


Prote nas transportadoras de eletrons

Proteínas transportadoras de eletrons

Complexo I= NADH desidrogenase

Complexo II= succinato desidrogenase

Complexo III= ubiquinona: citocromo c oxidoredutase

Citocromo c

Complexo IV= citocromo oxidase


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

NADH: ubiquinona oxidoredutase

NADH desidrogenase (FMN) + 2H+ + 2e- NADH desidrogenase (FMNH2)flavina mononucleotídeo é derivado da riboflavina (vitamina B2)

Os centros Fe-S não recebem protons , são transportadores de eletrons. Fe3+ para Fe2+. Os protons são transferidos para o espaço intermembrana. Primeira etapa na formação do gradiente de prótons.


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

Complexo II também chamado de succinato desidrogenase. A enzima succinato desidrogenase faz parte do complexo

Grupo prostéticos: FAD e centros Fe-S

Eletrons são transferidos do succinato ao FAD, aos centros Fe-S e depois para a ubiquinona (Q).

Outras desidrogenases: acil-CoA desidrogenase da β-oxidação transfere os eletrons para a enzima transferidora de eletrons (ETF) que tem o FAD como grupo prostético e depois para a ETF: ubiquinona oxidoredutase e finalmente para a ubiquinona.


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

Aproveitamento do NADH do citosol gerado na glicólise


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

Coenzima Q ou ubiquinona

Cadeia lateral composta de unidades isoprênicas. Não é uma proteína.

Naureza hidrofóbica = mobilidade na fase lipídica da membrana.

Recebe 2 protons e dois eletrons e se torna reduzida (ubiquinol).


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

O ion Ferro presente no grupo heme é o responsável pela capacidade de transferência de eletrons destas proteínas, alternado seu estado de oxidação de Fe+2 e Fe+3. O grupo heme varia de citocromo para citocromo conforme seus grupos substituintes.

Também diferem quanto aos ligantes axiais do ion ferro.


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

Complexo citocromo bc1 ou ubiquinona: citocromo c oxido redutase

(complexo III)

Constituído de dois citocromos b (b562 e b566), por um centro Fe-S e pelo citocromo C1.

Os eletrons da coenzima Q são transferidos para o complexo III e os prótons são transferidos para para o espaço intermembrana.

Sítios de ação de drogas que inibem a fosforilação oxidativa: antimicina e mixotiazol.


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

Complexo IV: transfere eletrons para o oxigênio. Também é chamado de citocromo c oxidase. Apresenta dois citocromos do tipo a (a e a3) e dois íons cobre, cada qual associado a um dos dois citocromos. Estados de oxidação do cobre: Cu+2 e Cu+1. O complexo IV é responsável pela doação de quatro eletrons para a molécula de oxigênio, que ligando-se aos prótons do meio converte-se em H2O.

95% de todo oxigênio consumido é utilizado nesta operação e são produzidos cerca de 300 ml de água, chamada de água metabólica (humanos). Animais que hibernam e animais que passam longos períodos sem ingerir água (camelos) utilizam a água metabólica.


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

O ΔG (força próton-motora) resultante do gradiente químico e do

gradiente elétrico, é capaz de realizar a síntese de ATP.


A produ o de atp enzim tica

A PRODUÇÃO DE ATP É ENZIMÁTICA


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

Complexo ATP sintase compreende dois componentes: cada componente é constituído de várias cadeias polipeptídicas. Uma porção, esférica, chamada de fator de acoplamento 1 (F1) que contém os sítios de síntese de ATP. A segunda porção fica embebida na membrana interna mitocondrial interna, constituindo um canal para a entrada de prótons (Fo ) assim chamado porque contém um sítio de ligação para a oligomicina, um inibidor da ATP sintase.


Componentes da fof1atpase

COMPONENTES DA FoF1ATPase


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

Transporte de élétrons e fosforilação oxidativa

1 - Introdução

2 - Formas de formação de ATP

3 - Mitocondria – características gerais – componentes da cadeia

4 - Óxido redução: conceitos, organização dos componentes da

cadeia de acordo com seus potenciais de óxido redução

5 - Esquema geral de funcionamento da cadeia de transporte de e-

6 - Inibidores e desacopladores do Sistema

7 - Produção de ATP por molécula de glicose

Aproveitamento de NADH citoplasmático através de lançadeiras

8 - Produção de calor

9 - Regulação do Sistema


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

ADP e Pi são substratos para a

ATP sintase.

Succinato é o substrato da

Succinato Desidrogenase

Cianeto é uma droga que inibe a

citocromo c oxidase (inibe o transporte de elétrons)

Venturicidina e oligomicina inibem o

complexo Fo (inibem a ATP sintase).

DNP é um carreador de prótons

hidrofóbicos (desacoplam a

Fosforilação do transporte de elétrons).


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

Desacopladores: são compostos que dissociam o transporte de elétrons da síntese de ATP.

Exemplo: DNP e FCCP dissipam o gradiente de prótons.


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

Adenina nucleotídeo translocase e fosfato translocase

A produção de ATP acontece interligada a processos de transporte

ATP/ADP =

ATP/ADP =


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

Transporte de élétrons e fosforilação oxidativa

1 - Introdução

2 - Formas de formação de ATP

3 - Mitocondria – características gerais – componentes da cadeia

4 - Óxido redução: conceitos, organização dos componentes da

cadeia de acordo com seus potenciais de óxido redução

5 - Esquema geral de funcionamento da cadeia de transporte de e-

6 - Inibidores e desacopladores do Sistema

7 - Produção de ATP por molécula de glicose

Aproveitamento de NADH citoplasmático através de lançadeiras

8 - Produção de calor

9 - Regulação do Sistema


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

NADH via lançadeira glicerol fosfato = 1,5 ATP

NADH via lançadeira malato-aspartato = 2,5 ATP

NADH = 2,5 ATP

FADH2 = 1,5 ATP


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

Aproveitamento do NADH do citosol gerado na glicólise


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

Lançadeira malato-aspartato


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

Transporte de élétrons e fosforilação oxidativa

1 - Introdução

2 - Formas de formação de ATP

3 - Mitocondria – características gerais – componentes da cadeia

4 - Óxido redução: conceitos, organização dos componentes da

cadeia de acordo com seus potenciais de óxido redução

5 - Esquema geral de funcionamento da cadeia de transporte de e-

6 - Inibidores e desacopladores do Sistema

7 - Produção de ATP por molécula de glicose

Aproveitamento de NADH citoplasmático através de lançadeiras

8 - Produção de calor

9 - Regulação do Sistema


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

  • FORMAÇÃO DE CALOR

  • (tecido adiposo marron)

  • Esta proteína que tem a sigla

  • em inglês de UCP, é a

  • principalprodutoradecalor

  • em mamíferos.

  • Ocorreprincipalmente

  • em animais que hibernam.

  • Também tem relação com

  • diferenças no metabolismo

  • entre as diferentes pessoas.

  • A energia derivada do

  • transporte de elétrons é

  • liberada como calor.

UCP


Oxida es biol gicas cadeia respirat ria e fosforila o oxidativa

Regulação do Sistema

  • Transporte de elétrons e a síntese de ATP são processos intimamente relacionados.

  • Os substratos deste processo são: coenzimas reduzidas, oxigênio, ADP e Pi.

  • O limitante destes processos é a concentração

  • de ADP. Daí é o regulador mais importante.

  • A regulação da velocidade de oxidação das coenzimas exercida pela concentração de

  • ADP chama-se controle respiratório.

  • As vias que dependem da reciclagem das coenzimas oxidadas pela cadeia de transporte

  • de elétrons (por exemplo, o ciclo de Krebs) dependem da razão ATP/ADP. O próprio ADP participa das regulações das enzimas alostéricas.


  • Login