Cadeia Respiratoria e Fosforilacao Oxidativa

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Cadeia Respiratória e Fosforilação Oxidativa 
 
Componentes da Cadeia Respiratória 
 
Os componentes da cadeia estão localizados 
na membrana mitocondrial interna, essa 
membrana separa a matriz mitocondrial do 
espaço intermembrana. 
Os genes que codificam subunidades desses 
complexos estão no DNA Mitocondrial. 
Apenas o complexo II não possui subunidades 
codificadas pelo DNA Mitocondrial. 
Componentes Estáticos: complexos proteicos 
(I, II, III, IV, ATPsintase) que não se movem com 
facilidade. Todos os complexos são proteínas 
integrais, exceto o II. 
Respirassomos: supercomplexos que 
combinam 2 ou mais complexos. Aumentam 
a eficiência da transferência de elétrons. A 
cardiolipina mantém a integridade dessas 
estruturas. 
Carreadores Móveis: ubiquinona e citocromo 
c, transferem elétrons entre um complexo e 
outro. 
Ubiquinona 
 Transportador lipossolúvel de elétrons, 
submersa na membrana mitocondrial interna. 
Ao receber elétrons forma o intermediário 
semiquinona e depois de completamente 
reduzida forma ubiquinol. 
Atua como ponto para entrada de elétrons 
na cadeia. 
Carreia os elétrons recebidos nos complexos I 
e II até o complexo III, que recebe esses 
elétrons. 
 
Citocromo C 
Não tem característica lipofílica, portanto 
está localizado na parte externa da 
membrana mitocondrial interna, por onde 
carreia os elétrons até o complexo IV. 
 
Complexo I (NADH-desidrogenase) 
 
Reoxidação do NADH reduzido e 
transferência dos elétrons liberados para a 
ubiquinona. À medida que essa transferência 
de elétrons ocorre, prótons são bombeados 
da matriz para o espaço intermembrana. 
 
Complexo II (succinato-desidrogenase) 
 
Não é uma proteína integral, portanto não 
atravessa a membrana completamente e 
não bombeia prótons para o espaço 
intermembrana, como ocorre nos outros 
complexos. 
Conexão física entre Ciclo de Krebs e Cadeia 
Respiratória. 
Converte succinato em fumarato e faz a 
transferência de elétrons para coenzima FAD, 
que leva esses elétrons até a ubiquinona 
através de centros ferro-enxofre. 
 
Complexo III (citocromo bc) 
 
Recebe os elétrons da ubiquinona e transfere 
para o citocromo c. Ao transferir os elétrons 
para o citocromo c bombeia prótons para o 
espaço intermembrana. 
 
Complexo IV (citocromo-oxidase) 
 
Realiza a oxidação do citocromo c. 
À medida que o citocromo c recebe elétrons, 
esses elétrons são transferidos até o oxigênio, 
aceptor final da cadeia, que é convertido em 
H2O. 
Também bombeia prótons para o espaço 
intermembrana. 
 
 
Bombeamento de Prótons 
Quando o NADH é o doador e os elétrons 
entram na cadeia pelo complexo I, os 
complexos (I, III e IV) bombeiam, 
aproximadamente, 10 prótons para o espaço 
intermembrana para oxidar apenas uma 
molécula de NADH. 
Se o doador de elétrons é o succinato, e a 
entrada desses elétrons na cadeia ocorre 
pelo complexo II, são bombeados 6 prótons 
para o espaço intermembrana, pelos 
complexos III e IV. 
Os prótons tornam o pH do espaço 
intermembrana (positivo) mais ácido. 
Enquanto a matriz mitocondrial se encontra 
mais negativa e alcalina. O que resulta num 
gradiente químico e elétrico. 
 
Obs: A quantidade de prótons bombeados é 
importante no cálculo da eficiência 
energética da fosforilação. 
 
 
Complexo V (ATPsintase) 
Não recebe elétrons. Promove a síntese do 
ATP. 
 
 
Fração FO: parte embebida na membrana 
interna (laranja) 
 
Canal por onde a ATPsintase permite que os 
prótons da membrana interna retornem para 
a matriz mitocondrial. 
 
Fração F1: sítio catalítico composto por 3 
dímeros, localizado na matriz mitocondrial, 
lado negativo (cinza/roxo) 
 
À medida que os prótons retornam o sítio 
catalítico é ativado (rotação) e pode assumir 
diferentes conformações. 
Essa alteração estrutural é fundamental para 
a síntese de ATP. 
 
 
Etapas da Síntese: 
 
À medida que ocorre uma rotação do sítio 
catalítico, ADP + Pi presentes na subunidade 
beta, formam ATP. Isso ocorre porque a 
alteração estrutural em beta, faz com que a 
ligação ADP + Pi fique em condições ótimas. 
Quando acontece outra rotação, a estrutura 
da subunidade beta é alterada novamente e 
permite a liberação de ATP. Esse processo 
ocorre repetidamente e de forma sequencial. 
A cada volta da enzima, um dímero diferente 
libera ATP. 
 
Teoria Quimiosmótica 
Para que haja produção de ATP a partir da 
ATPsintase, deve haver constante produção 
de NADH e succinato, e também a oxidação 
desses compostos, resultando na 
transferência de elétrons e bombeamento de 
prótons até o espaço intermembrana. 
Todo esse processo visa formar um gradiente 
eletroquímico para a produção de ATP, pois 
a ATPsintase, precisa da disponibilidade de 
ATP + Pi e um alto potencial de membrana 
para fazer o retorno dos prótons até a matriz 
mitocondrial. 
Portanto, a síntese de ATP é impulsionada 
pela força próton-motriz, pois o retorno dos 
prótons da intermembrana para a matriz 
realiza a rotação da ATPsintase. 
 
Desacopladores 
Carreiam os prótons de volta para a matriz, 
provocando a diminuição do gradiente 
eletroquímico 
Dano à membrana: se a membrana interna 
não estiver integra, os prótons bombeados 
para ao espaço intermembrana podem 
retornar à matriz mitocondrial. 
Protonóforos: carreadores móveis de prótons, 
altamente lipofílicos. Recebem um próton na 
intermembrana e atravessam a membrana 
interna, liberando esse próton na matriz e 
retornando para o espaço intermembrana. 
Proteínas desacopladoras: canais de prótons 
que permitem o transporte de prótons até a 
matriz mitocondrial. 
 
 
Exemplo: 
O tecido adiposo marrom é rico em 
mitocôndrias e possui termogenina, um 
desacoplador. A energia da oxidação de 
nutrientes não é utilizada para síntese de ATP, 
devido ao desacoplador, que estimula a 
transferência de elétrons mas atrapalha a 
produção de ATP. Dessa forma, a energia é 
convertida em liberação de calor. 
Esse mecanismo ocorre no corpo de animais 
hibernantes e bebês, para manter a 
homeostase térmica. 
Controle da transferência de elétrons 
O próprio gradiente eletroquímico realiza o 
controle do fluxo da transferência de elétrons 
entre os complexos da cadeia. 
Principalmente no complexo III, pois ele reduz 
a transferência de elétrons em situações de 
potencial de membrana elevado. 
Já que, quanto maior a presença de prótons 
no espaço intermembrana, mais difícil é para 
os complexos continuar bombeando. 
Quando a ATPsintase retorna os prótons, 
transferência de elétrons pode continuar. 
Situações Adversas 
O que acontece com a formação de ATP 
quando não há oxigênio disponível? 
Não existe fosforilação oxidativa, pois a 
extração de energia dos nutrientes 
alimentares é ineficiente, já que o oxigênio é 
o aceptor final de elétrons da cadeia 
respiratória. 
 
O que ocorre com a produção de ATP na 
presença de um desacoplador? 
A produção diminui, pois ao invés de retornar 
pela ATPsintase, os prótons retornam para 
matriz por outros caminhos que não 
promovem a produção de ATP. 
 
O que ocorre com a transferência de elétrons 
na presença de um desacoplador? 
Aumenta, pois os desacopladores reduzem a 
presença de prótons na intermembrana, 
dissipando o potencial de membrana e 
acabando com o controle da produção de 
elétrons no complexo III. 
Obs: todas essas situações consideram a 
disponibilidade de substrato (NADH e 
succinato. 
 
Por: Fernanda Frangilo