Slide - Cadeia Respiratória e Fosforilação Oxidativa - 2022-2

BROETTO 2022 (A) Cyt c- e- nH+ Cyt a CU A CU A CYT a 3– Zn 1 2 O 2 H 2 O nH+ 2H + Complex IV (125 kDa) BROETTO 2022 Fosforilação oxidativa Intramembrane space Inner mitochondrial membrane Mitochondrial matrix space Electron transport chain Intermembrane space becomes acidic [H+] F1-ATPase NADH + H+ 1/2 O2 H2O Matrix becomes alkaline [OH−] ADP + Pi H+ ATP BROETTO 2022 (A) Intermembrane space Cyt c 1 Fe-S Cyt c UQH 2 UQ Center P e- e- e- e- b 566 bH 62 Fe-S bL 62 Center N UQH 2 2 H+ H+ Complex III (500 kDa) unesp BROETTO 2022 Mitocôndria Sonication Submitochondrial particle F1ATPase Inner mitochondrial membrane Intermembrane space Matrix Outer mitochondrial membrane Cristae BROETTO 2022 Principais fontes de poder redutor para a cadeia respiratória BROETTO 2022 Cadeia Respiratória (componentes) BROETTO 2022 COMPLEXO I Complexo NADH : ubiquinona oxidoredutase Descrição : É uma enzima grande que contem 42 tipos diferentes de peptídios, incluindo uma flavoproteína (FMN) e pelo menos seis centros Fe-S Funções: (1) Transferência exergônica de um íon hidreto do NADH (via FMN e centros de Fe-S) e de um próton da matriz para a Ubiquinona: NADH + H+ + Q NAD+ + QH2 (2) Transferência endergônica de quatro prótons da matriz (4 H+) para o espaço intermembrana. BROETTO 2022 Complexo II : Succinato para ubiquinona (Q) 1) Elétrons provenientes do centro Fe-S da proteína N-2 (primeiro sítio ou complexo I); 2) O Complexo II possui 2 grupos prostéticos e 4 proteínas diferentes. Uma dessas possui FAD ligada covalentemente e um centro com 4 átomos Fe-S. Os elétrons fluem do Succinato (FADH2) para o FAD, depois para o centro FeS e por fim para Q, formando QH2; 3) Glicerol 3-P (citosólico) doa elétrons para glicerol 3-P desidrogenase (contem FAD) e este doa para Q. 4) Acil-CoA desidrogenase (-ox. de ácidos graxos) doa elétrons para uma flavoproteína ETF (contem FAD), a qual através da ETF- oxidoredutase (contem FAD) doa os elétrons para Q. BROETTO 2022 COMPLEXO III : UBIQUINOL PARA CITOCROMO C Complexo citocromo bc1 ou Ubiquinona:Citocromo C Oxidoredutase No espaço intermembranas da mitocôndria 2 moléculas de QH2 são oxidadas a Q, liberando 4 prótons para o espaço intermembranas: O primeiro QH2 transfere 1 elétron para o centro Fe-S do dímero, o qual será transferido para o Cit. C1 . Outro elétron segue para Q através do Cit. b, o qual será reduzido a Q.- O segundo QH2 fará as mesmas transferências que o primeiro, até o Citocromo c1, terminando de reduzir Q.- até QH2. BROETTO 2022 COMPLEXO IV : CITOCROMO C PARA O OXIGÊNIO Ou Complexo Citocromo oxidase ESTE COMPLEXO POSSUI 3 SUB-UNIDADES: I. II, III Sub-unidade II (CuA): possui um centro de dois íons Cu complexados com –SH. A subunidade I : possui dois grupos heme (a e a3) e um segundo íon cúprico (CuB). SEQUËNCIA DE REAÇÕES: Heme a3 e CuB formam um complexo que aceita elétrons de Heme a até o O2,o qual está ligado ao Heme a3 A cada 4 elétrons que chegam ao CuB, 4 substratos H+ são bombeados da matriz que, juntamente com o oxigênio, forma água. Aproveitando o potencial redox, 4 prótons (H+) serão “bombeados” da matriz para o espaço intermembrana. BROETTO 2022 SÍNTESE DE ATP FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA Peter Mitchell (1920-1992) formulou uma hipótese chamada QUIMIOSMÓTICA a qual explica o funcionamento da ATP sintetase. “O fluxo de elétrons entre os complexos da cadeia respiratória é acompanhado da transferência de prótons da matriz em direção ao espaço intermembranas (MI e ME). Este movimento produz um gradiente químico ( pH) e um gradiente elétrico ( ∆ ∆ψ). O gradiente eletroquímico altera o balanço de cargas entre a matriz e o espaço intermembranas, quando os prótons serão induzidos a voltar à matriz através de canais específicos de prótons (Fo da ATP sintetase), promovendo a energia suficiente para a síntese de ATP catalisado pelo complexo F1 associado com Fo.” BROETTO 2022 HIPÓTESE QUIMIOSMÓTICA BROETTO 2022 ATP SINTETASE ATP sintetase está organizada em duas unidades principais: Fo e F1 UNIDADE F1 : Possui 9 subunidades : 3 3  . Cada subunidade  possui sítio catalítico para síntese d ATP. UNIDADE Fo : Possui 3 subunidades : a, b, c na proporção 2 x a,b; 10-12 x c . unesp BROETTO 2022 Fosforilação oxidativa Matrix H+ α ATP β Proton gate Regulator Stalk Inner mitochondrial membrane Intramembrane space OSC F1 F6 F0 Proteolipid H+ BROETTO 2022 Energética do transporte de eletrons na cadeia respiratória Energia livre em uma reação de oxido-redução Go = - nFo’ NADH + H+ + O2  NAD- + H2O + Go = ? Potencial de redução: NADH o = - O,32 O2 o = 0,82 Go = - 2 X 23 062 X [O,82 – (- 0,32)] = - 52 700 cal/mol.ok ADP + Pi  ATP +H2O Go = + 8 000 cal/mol.ok Eneria sufiente para sintetizar varias moléculas de ATP 52 700 / 8 000 = 6,6 molécuas de ATP BROETTO 2022 A CATÁLISE ROTACIONAL DA ATP SINTETASE A CATÁLISE ROTACIONAL É A CHAVE PARA O MECANISMO DE LIGAÇÃO/ALTERAÇÃO DE CONFORMAÇÃO PARA A SÍNTESE DE ATP. As alterações conformacionais são desencadeadas pela passagem de prótons através da porção Fo da ATP sintetase. A passagem de prótons pelo poro da Fo causa uma rotação do cilindro de unidades c e da subunidade  ao longo da subunidade  o qual é perpendicular ao plano da membrana. unesp BROETTO 2022 Matrix α β α β γ ε H+ F1 F0 Intermembrane space ATP SINTETASE b δ a b c H+ BROETTO 2022 ALTERAÇÕES CONFORMACIONAIS DA ATP SINTETASE