1
Reações de redox nos seres vivos
nutrientesDepartamento de Bioquímica da Faculdade de Medicina do Porto
2
As reações de oxi-redução (ou redox) costumam definir-se como reações em que há transferência de eletrões.
Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu
...mas também se podem definir como reações em que há variação do número de oxidação em cada um dos pares redox envolvidos na reação.
Zn Zn2+ + 2 e-
Cu2+ + 2 e- Cu
Zn Zn2+
Cu2+ Cu2 e-
3
Nas reações de oxi-redução há variação no número de oxidação de um ou mais elementos dos reagentes.Para determinar o número de oxidação (n.o.) de um elemento:
1- Atribuem-se os eletrões envolvidos na ligação ao elemento mais eletronegativo.
2- Um determinado átomo terá um n.o. negativo se “recebe” eletrões dos átomos vizinhos: o valor numérico corresponde ao número de eletrões que “recebeu”; no caso inverso, o n.o. é positivo...
1- o C é mais eletronegativo que o H ⇒
atribuem-se os eletrões envolvidos na ligação ao C.
2- o C “recebe” 4 eletrões ⇒n.o. do C = - 4.
3- cada um dos átomos de H “perdeu” 1 electrão para o C ⇒n.o. do H = +1.
4
No dióxido de carbono o n.o. do C é +4 e o do oxigénio –2.
No monóxido de carbono o n.o. do C é +2 e o do oxigénio –2.
O n.o. do carbono do formol (metanal) é zero: “perde” 2 eletrões para o O mas “ganha” 2 dos H.
5
Quando, na glicólise, a glicose se converte em ácido pirúvico,dizemos que a glicose se oxida a ácido pirúvico...
n.o.= +1
n.o.= 0
n.o.= 0
n.o.= 0
n.o.= 0
n.o.= -1
n.o. médio dos
carbonos = 0
n.o.= +3
n.o.= +2
n.o.= -3
n.o. médio dos
carbonos = + 2/3
… porque o processo envolve aumento do número de oxidação (n.o.) médio dos carbonos.
(Nos casos do H (+1) e do O (-2) não houve variação.)6
Regra simples para calcular, a partir da fórmula molecular,
o número de oxidação médio dos carbonosda maioria dos compostos orgânicos
As exceções são os peróxidos (e os dissulfuretos) em que o n.o. do O (e do S) é -1.
Caso ácido pirúvico
n.o. médio dos carbonos =
(O × 2) + (S × 2) + (N × 3) – H + carga da molécula
C
Caso ião piruvato
C3H4O3
C3H3O3-
carga negativa ⇒número negativo
n.o. médio = [3 × 2 – 4]/3 = + 2/3
n.o. médio = [3 × 2 – 3 - 1]/3 = + 2/3
7
As reações de dissociação protónica (ácido-base) não são reações de oxi-redução.
No ácido pirúvico o eletrão que “pertencia” ao hidrogénio já estava atribuído ao oxigénio onde se ligava.
Quando o protão sai, o eletrão que fica no anião piruvato continua atribuído ao oxigénio.
ac. pirúvico piruvato + protão
8
Pelo contrário, quando uma substância perde átomos de hidrogénio (os eletrões e os protões) diz-se que se oxida...Os eletrões dos H ligados ao carbono 1 do etanol “estavam atribuídos” a esse carbono. Quando esses hidrogénios saem formando-se o etanal (ou acetaldeído) e esses eletrões “deixam de pertencer” a esse carbono.
n.o. = -1 n.o. = + 1
2 e- 2 H+
Ganharátomosde hidrogénio corresponde a uma redução.Perder átomosde hidrogénio corresponde a uma oxidação.
9
Na reação em que o acetaldeído passa a ácido acético pode parecer que quem se oxida (perde os hidrogénios) é a água...
...mas o n.o. dos átomos do O e do H não varia.
2 e- 2 H+
n.o. = + 3n.o. = +1
O elemento que sofre aumento no n.o. é o C1 do acetaldeído.
n.o. = -2
n.o. = +1
Ganhar um átomo de oxigénio (sem ganhar 2 de hidrogénio) corresponde a uma oxidação.
10
Tal como as reações ácido-base as reações de hidrólise também não são reações de oxi-redução .
n.o.= +1 n.o.= 0
n.o.= 0n.o.= +1
11
Atentando na variação do n.o. dos carbonos 2 e 3 podemos ser tentados a dizer que a transformação 2-fosfoglicerato → fosfoenolpiruvato + H2O é uma reação redox.
O C2 oxida-se (0 → +1) ⇒ haveria uma oxidaçãoO C3 reduz-se (-1 → -2) ⇒ haveria uma redução
Mas o n.o. médio dos carbonos (2/3) não varia ⇒ não é reação redox
H2On.o. = 0n.o. = +1
n.o. = -1 n.o. = -2
O 2-fosfoglicerato não se reduziu nem se oxidou: perdeu 2 átomos de hidrogénio mas também perdeu 1 átomo de oxigénio. 12
O2•••• - n.o. = - ½
O2
n.o. = - 1
n.o. = 0
e-
H2O2
e-
n.o. = - 2. Como na água: o ião hidróxido é água desprotonada (H2O → OH- + H+).
OH-
e-
HO••••
O n.o. do oxigénio é zero no O2 e -2 na maioria dos casos mas...
n.o. = - 1
peróxido de hidrogénio
ião superóxido
radical hidroxilo
oxigénio molecular
ião hidróxido
2H+
H+
H2O
13
As enzimas que catalisam reações de oxi-redução classificam-se como oxi-redútases:
Embora a nomenclatura que se aplica às enzimas não siga normas rígidas algumas ideias podem ser úteis.
Exemplos de nomes associados a oxi-redútases:
Desidrogénases
Redútases
Oxídases
Oxigénases
Peroxídases
Catálase
Dismútases
dinucleotídeos são substratos
catalisam reações de dismutação
O2 é o oxidante direto
o H2O2 é reduzido a água...
14
1) As desidrogénases catalisam reações do tipo:
AH2 +
NAD+
NADP+
FADFMN
A +
NADHNADPHFADH2FMNH2desidrogénasedo AH2
O NADP+ tem carga -3 e o NAD+ tem carga -1: NADP+ e NAD+ são nomes e o sinal + não se refere à carga global destes compostos.
15
Exemplo:desidrogénase da glicose-6-P
2 e-
NADP+ NADPH
H+
H+ n.o. = +1
n.o. = +3
Glicose-6-P + NADP+ 6-fosfogliconolactona + NADPH + H+
n.o. = -1
n.o. = +1 n.o. = 0
n.o. = -2
O NADP+ (oxidante) reduz-se aceitando um ião hidreto (H-).
A glicose-6-fosfato oxida-se perdendo 2 átomos de hidrogénio.
16
…mas há uma exceção...
NADH + Q
desidrogénase do NADH
NAD+ + QH2
desidrogénasedo lactato
Independentemente do sentido – direto ou inverso – em que a reação ocorre, quando um composto orgânico (AH2) é oxidado pelo NAD+
a enzima que catalisa a reação chama-se desidrogénase do AH2.
Q
NADH NAD+
2 e-
desidrogénase do NADH ou complexo I
ubiquinona ou coenzima Q
I
matriz da mitocôndria
fora da mitocôndria
17
2) A maioria das redútases catalisa reações do mesmo tipo das desidrogénases mas o redutor é o NADPH...
AH2 +
NAD+
NADP+
FADFMN
A +
NADH
NADPHFADH2FMNH2
redútase do A
NADPH NADP+
2 e- H+
H+
Exemplo: redútase do glutatião
n.o. = -1n.o. = -2
Dissulfureto do glutatião (forma oxidada) Glutatião (forma reduzida)
O dissulfureto de glutatião reduz-se ganhando 2 átomos de hidrogénio.O NADPH (redutor) oxida-se perdendo um ião hidreto.
18
H+
3) As oxídases catalisam reações em que o O2 é um dos reagentes que se reduz a H2O, a peróxido de hidrogénio (H2O2) ou a superóxido (O2
• -).
2 cyt. c (Fe2+) + ½ O2 2 cyt. c (Fe3+) + H2Ooxídase do citocromo c
protoporfirinogénio+ O2 protoporfirina+ H2O2oxídase do protoporfirinogénio
NADPH + 2 O2 NADP+ + 2 O2•••• -
oxídase da NADPH
n.o. = -2
n.o. = -1
n.o. = - ½
Em qualquer dos casos o n.o. do O2 que era zero diminui...
2H+
19
2 2 Fe3+Fe2+
2 e-
2 H+
½ O2 H2On.o. = 0 n.o. = -2
A oxídase mais conhecida é a oxídase do citocromo c, uma enzima da cadeia respiratória também conhecida como complexo IV.
IVcyt c
½ O2 H2O
2 e-
oxídase do citocromo c ou complexo IV
citocromo c matriz
fora da mitocôndria
20
4) As mono-oxigénases (também chamadas oxigénases de função mista) catalisam reações em que o O2 é o oxidante direto, sendo que um dos átomos de oxigénio se vai incorporar num composto orgânico que é oxidado e o outro vai formar água.
WH2
VOH
O2
VH
W
H2O
São frequentemente chamadas hidroxílases; neste caso seria hidroxílase do VH
21
tirosina
fenilalanina
tetrahidrobiopterina dihidrobiopterina
Exemplo: a hidroxílase da fenilalanina
A fenilalanina oxidou-se ganhando um átomo de oxigénio.A tetrahidrobiopterina também se oxidou perdendo dois átomos de hidrogénio.
22
Em geral, as mono-oxigénases fazem parte de sistemas enzímicosem que uma redútase dependente do NADPH reduz W a WH2permitindo que muitas moléculas de VH sejam oxidadas.
WH2
VOH
O2
VH
WH2O
NADPHNADP+Redútase do W
Mono-oxigénase
VHVH
VH
VH
VHVH
VOHVOHVOH
VOHVOH
VH + WH2 + O2
NADPH + W WH2 + NADP+
VOH + W + H2O
23
tirosinafenilalanina
tetrahidrobiopterina dihidrobiopterina
NADPHNADP+
Redútase da dihidrobiopterina
Hidroxílase da fenilalanina
Atividade do sistema enzímico “Hidroxílase da Fenilalanina”:
Fenilalanina + THB + O2 Tirosina + DHB + H2O
NADPH + DHB THB + NADP+ 24
5) As peroxídases catalisam reações em que o H2O2 (que se reduz a H2O) é o agente oxidante direto de um composto orgânico.
2 e- 2H+
H2O22 H2O
Exemplo: a peroxídase do glutatião é a mais conhecida
n.o. = -2
n.o. = -1
n.o. = -1
n.o. = -2
Dissulfureto do glutatiãoGlutatião
O glutatião (agente redutor) oxida-se perdendo dois átomos de hidrogénio.O peróxido de hidrogénio (oxidante) reduz-se aceitando-os.
25
7) A dismútase do superóxido catalisa a dismutação do superóxido: 2 O2
•••• - →→→→ O2 + H2O2
O2•••• -
O2•••• -
n.o. = - ½
O2
H2O2n.o. = - 1
n.o. = 0
e-
2H+
6) A catálase catalisa a dismutação do peróxido de hidrogénio: 2 H2O2 →→→→ O2 + 2 H2O
H2O2
n.o. = - 1
O2
2 H2On.o. = - 2
n.o. = 0
2 e-
H2O2
2H+
“Uma das moléculas de peróxido de hidrogénio oxida-se perdendo dois átomos de hidrogénio que são aceites pela outra.”
“Uma das moléculas de superóxido perde um eletrão que é aceite pela outra.”
26
n.o. = - 1H2O2 n.o. = - 2
OH-e-
HO••••
Fe2+ (livre)
Fe3+
A reação de Fenton é uma reação não enzímica em que o H2O2 é reduzido a H2O (ou ao seu ião OH-) pelo Fe2+ não ligado a proteínas libertando-se, simultaneamente, o radical hidroxilo. Pensa-se que, nos seres vivos, tem relevância na oxidação de compostos estruturais.
Nem todas as reações de oxi-redução com interesse biológico são catalisadas por enzimas. Algumas são não enzímicas.
O2•••• -
O2
A reação de Haber-Weiss é a que corresponde ao somatório da reação de Fenton com a de redução do Fe3+ pelo superóxido:
O2•••• - + H2O2 →→→→ O2 + OH- + HO••••
…vai oxidar fosfolipídeos, proteínas, etc.
27
HO•
H2O
O2
O radical hidroxilo pode, oxidando, não enzimicamente, moléculas componentes dos seres vivos, originar radicais orgânicos muito reativos...que estão na origem da formação de peróxidos orgânicos.
radical alquilperoxilo
radical alquiloperóxido orgânico
n.o. = - 2
n.o. = - 1
n.o. = - 1
n.o. = - 2
n.o. = 0
n.o. = 0
n.o. = -1
n.o. = 0
n.o. = -2
n.o. = 0
n.o. = -1
28
comeringerir substâncias no estado reduzido que vão ser oxidadas a CO2
e respirarinspirar O2, o oxidante último dos nutrientes e expirar o produto da oxidação dos nutrientes
O que os seres vivos sabem fazer melhor é…
29
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O
n.o. = + 4n.o. = 0
n.o. = 0 n.o. = -2
A oxidação dos nutrientes é um processo que, embora ocorra por mecanismos distintos, assemelha-se muito à oxidação da gasolina num automóvel.
Em ambos os casos:
um composto orgânico oxida-se a CO2enquanto o O2 se reduz a H2O.
30
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O
n.o. = + 4n.o. = 0
n.o. = 0 n.o. = -2
Semi-equação de oxidação:
C6H12O6 + 6 H2O → 6 CO2 + 24 e- + 24 H+
Semi-equação de redução:
6 O2 + 24 e- + 24 H+ → 12 H2O
C6H12O6 6 CO2
6 O2 12 H2O
24 e-
31
Semi-equação de redução
par redoxforma oxidada / forma reduzida
potencial redox padrão (Eº’)
6 O2 + 24 e- + 24 H+ →12 H2O
O2 / H2O + 0,81 V
2 H+ + 2 e- → H2 H+ / H2 0 V6 CO2 + 24 e- + 24 H+ →glicose + 6 H2O
CO2 / glicose - 0,43 V
Equação de Nernst:
∆ Eº’=0,059
nlog Keq
∆ Eº’ = + 0,81 - (-0,43) = 1,24 V ⇔ Keq ≈ 10 500 M-1
24 e-
⇔ log Keq =n ∆ Eº’
0,059
Apesar desta Keq a reação de oxidação da glicose só ocorre nos seres vivos porque ... há oxi-redútases.
C6H12O6 + 6 O2 →6 CO2 + 6 H2O
…mas não há nenhuma enzima capaz de ligar O2 e glicose e catalisar a formação de CO2 e H2O. 32
glicose
gliceraldeído-3-P
2 e-
piruvato
acetil-CoA
2 e- isocitrato
α-cetoglutarato
2 e-
succinil-CoA
succinato
fumarato
oxalacetato
malato
1,3-bisfosfoglicerato
2 e-
2 e-
2 e-
gliceraldeído-3-P
2 e-
piruvato
acetil-CoA
2 e- isocitrato
α-cetoglutarato
2 e-
succinil-CoA
succinato
fumarato
oxalacetato
malato
1,3-bisfosfoglicerato
2 e-
2 e-
2 e-
gliceraldeído-3-P
2 e-
piruvato
acetil-CoA
2 e- isocitrato
α-cetoglutarato
2 e-
succinil-CoA
succinato
fumarato
oxalacetato
malato
1,3-bisfosfoglicerato
2 e-
2 e-
2 e-
gliceraldeído-3-P
2 e-
piruvato
acetil-CoA
2 e- isocitrato
α-cetoglutarato
2 e-
succinil-CoA
succinato
fumarato
oxalacetato
malato
1,3-bisfosfoglicerato
2 e-
2 e-
2 e-
33
No processo intervêm 3 enzimas que se situam na membrana interna da mitocôndria:
Seguindo o trajeto dos eletrões desde succinato até ao oxigénio...
2e-1º-Desidrogénase do succinato:oxida succinato reduzindo ubiquinona
II-FADIII IVQ cyt c
½ O2H2O
succinato
fumarato
2 e-2 e- 2 e-
Complexo II ou desidrogénase do succinato
Complexo III ou redútase do citocromo c
Complexo IV ou oxídase do citocromo c
ubiquinona ou coenzima Q
citocromo c
lado de fora
matriz
34
glicose
gliceraldeído-3-P
2 e-
piruvato
acetil-CoA
2 e- isocitrato
α-cetoglutarato
2 e-
succinil-CoA
succinato
fumarato
oxalacetato
malato
1,3-bisfosfoglicerato
2 e-
2 e-
Q
QH2
(ubiquinona)
(ubiquinol)
gliceraldeído-3-P
2 e-
piruvato
acetil-CoA
2 e- isocitrato
α-cetoglutarato
2 e-
succinil-CoA
succinato
fumarato
oxalacetato
malato
1,3-bisfosfoglicerato
2 e-
2 e-
Q
QH2
(ubiquinona)
(ubiquinol)
35
No processo intervêm 3 enzimas que se situam na membrana interna da mitocôndria:
Seguindo o trajeto dos eletrões desde succinato até ao oxigénio...
2e-
2e-
2e-
1º-Desidrogénase do succinato:oxida succinato reduzindo ubiquinona
2º-Redútase do citocromo c: oxida ubiquinol reduzindo citocromo c
3º-Oxídase do citocromo c: oxida citocromo c reduzindo oxigénio
II-FADIII IVQ cyt c
½ O2H2O
succinato
fumarato
2 e-2 e- 2 e-
Complexo II ou desidrogénase do succinato
Complexo III ou redútase do citocromo c
Complexo IV ou oxídase do citocromo c
ubiquinona ou coenzima Q
citocromo c
lado de fora
matriz
36
1º- Ação catalítica da desidrogénase do succinato (ou complexo II)
A transferência de 2 eletrões entre o succinato e a ubiquinona dá-se em duas etapas: 1ª etapa:oxidação do succinato a fumarato
com redução do FAD a FADH2.
FAD FADH2
2 e- 2 H+
II-FADQ
succinato
fumarato
2 e-
Complexo II ou desidrogénase do succinato
ubiquinona ou coenzima Q
37
2 e- 2 H+
forma oxidada = FAD forma reduzida = FADH2
n.o. = +2n.o. = +1
n.o. = +3 n.o. = +238
2ª etapa:oxidação do FADH2 a FAD com redução da ubiquinona (Q) a ubiquinol (QH2).
FADFADH2
2 e- 2 H+
Forma oxidada = Q Forma reduzida = QH2
Reação global catalisada pela desidrogénase do succinato
succinato + Q fumarato + QH2
R = polímero de unidades isoprenoides que conferem hidrofobicidade à coenzima Q.
39
No processo intervêm 3 enzimas que se situam na membrana interna da mitocôndria:
Seguindo o trajeto dos eletrões desde succinato até ao oxigénio...
2e-
2e-
2e-
1º-Desidrogénase do succinato:oxida succinato reduzindo ubiquinona
II-FADIII IVQ cyt c
½ O2H2O
succinato
fumarato
2 e-2 e- 2 e-
Complexo II ou desidrogénase do succinato
Complexo III ou redútase do citocromo c
Complexo IV ou oxídase do citocromo c
ubiquinona ou coenzima Q
citocromo c
2º-Redútase do citocromo c: oxida ubiquinol reduzindo citocromo c
3º-Oxídase do citocromo c: oxida citocromo c reduzindo oxigénio
lado de fora
matriz
40
2º-Acção catalítica da redútase do citocromo c (ou complexo III)
QQH2
2 e-
2 H+
2 2 Fe2+Fe3+
Na redução de 2 moléculas de citocromo c (Fe3+) por uma molécula de ubiquinol (QH2), 2 eletrões são transferidos para o heme c, o grupo prostético do citocromo c…
…e estes 2 protões acabam na face externa da membrana interna da mitocôndria (fora da mitocôndria).
41
De facto, a redútase do citocromo c(complexo III) é, simultaneamente,uma enzima (uma oxi-redútase) e um transportador de protões que são bombeados para fora da mitocôndria:
2 H+ (dentro) → 2 H+ (fora)
IIIQH2 cyt c
2 e-
Complexo III ou redútase do citocromo c
ubiquinol ou coenzima QH2
citocromo c
4H+
matriz da mitocôndria
fora da mitocôndria
2H+
QH2 + 2 Cyt c (Fe3+) → Q + 2 Cyt c (Fe2+) + 2 H+ (fora)
QH2 + 2 Cyt c (Fe3+) + 2 H+ (dentro) → Q + 2 Cyt c (Fe2+) + 4 H+ (fora)
O complexo III catalisa um processo de transporte ativo primário: usa a energia libertada numa reação química para bombear protões contra gradiente electroquímico.
42
3º-Acção catalítica da oxídase do citocromo c (complexo IV)
2 e-
2 H+
½ O2 H2On.o. = 0 n.o. = -2
2 2 Fe3+Fe2+
…estes 2 protões vêm da matriz da mitocôndria
43
2 H+(dentro) → 2 H+(fora)
De facto, a oxídase do citocromo c(complexo IV) é, simultaneamente,uma enzima (uma oxi-redútase) e um transportador de protões que são bombeados para fora da mitocôndria:
IV
cyt c
½ O2 H2O
2 e-
Complexo IV ou oxídase do citocromo c
citocromo c
matriz da mitocôndria
fora da mitocôndria
2H+
4H+
2 Cyt c (Fe2+) + ½ O2 + 2 H+(dentro) → H2O + 2 Cyt c (Fe3+)
2 Cyt c (Fe2+) + ½ O2 + 4 H+(dentro) → H2O + 2 Cyt c (Fe3+)+ 2 H+(fora)
O complexo IV tb catalisa um processo de transporte ativo primário: usa a energia libertada numa reação química para bombear protões contra gradiente electroquímico.
44
2 e-
O trajeto dos eletrões desde succinato até ao oxigénio... somatório das reações: succinato + ½ O2 → fumarato + H2O
+ 0,81 VO2 / H2O½ O2 + 2 e- + 2 H+ →H2O
potencial redox padrão (Eº’)
par redoxforma oxidada / forma reduzida
Semi-equação de redução
fumarato + 2 e- + 2 H+ →succinato
fumarato/ succinato +0,03 V
∆ Eº’ =0,059
nlog Keq
∆ Eº’ = 0,78 V ⇔ Keq ≈ 10 26 atm -1/2
Keq =[fumarato]
[succinato] (pressão parcial O2)1/2
45
glicose
gliceraldeído-3-P
2 e-
piruvato
acetil-CoA
2 e- isocitrato
α-cetoglutarato
2 e-
succinil-CoA
succinato
fumarato
oxalacetato
malato
1,3-bisfosfoglicerato
2 e-
2 e-
2 e-
gliceraldeído-3-P
2 e-
piruvato
acetil-CoA
2 e- isocitrato
α-cetoglutarato
2 e-
succinil-CoA
succinato
fumarato
oxalacetato
malato
1,3-bisfosfoglicerato
2 e-
2 e-
2 e-
CO2
CO2
CO2
CO2
CO2
CO2
46
A reação catalisada pela desidrogénase do piruvato pode ser, conceptualmente, entendida como o somatório de 2 processos:
(1a) Reação de oxidação do piruvato a acetato + CO2:
n.o. =+3n.o. = +2 n.o. = +3 n.o. = +4
2 e-
2
+
(2) Reação inversa à de hidrólise do acetil-CoA:
Ac. acético Acetil-CoA
47
O NAD+ é o aceitador de eletrões na reação catalisada pela desidrogénase do piruvato.
piruvato acetato + CO2
2 e-
NAD+ NADH
(1b) reação de redução do NAD+ a NADH
48
(1b) NAD+ + 2 e- + H+ → NADH
(1a) piruvato + H2O → acetato + CO2 + 2 e- + 2 H+
(2) acetato + CoA → acetil-CoA + H2O
Reação catalisada pela desidrogénase do piruvato:
piruvato + CoA + NAD+ → acetil-CoA + CO2 + NADH + H+
O destino final dos eletrões que reduziram o NAD+ a NADH é o O2.
Que caminho seguem esses eletrões?
2 e-
49
No processo intervêm 3 enzimas que se situam na membrana interna da mitocôndria:
Seguindo o trajeto dos eletrões desde NADH até ao oxigénio...
2e-
2e-
2e-
1º-Desidrogénase do NADH:oxida NADH reduzindo a ubiquinona
2º-Redútase do citocromo c: oxida ubiquinol reduzindo citocromo c
3º-Oxídase do citocromo c: oxida citocromo c reduzindo oxigénio
III IVQ cyt c
½ O2H2O
NADH
NAD+
2 e-2 e- 2 e-
Complexo I ou desidrogénase do NADH
Complexo III ou redútase do citocromo c
Complexo IV ou oxídase do citocromo c
ubiquinona ou coenzima Q
citocromo c
I
50
A desidrogénase do NADH (ou complexo I)contém como grupo prostético o FMN.
NADH NAD+
FMNH2FMN2 e-
NADH + Q NAD+ + QH2
(forma oxidada)
QH2Q
2 e-
FMN
51
NADH + H+ + Q + 4 H+ (dentro) → NAD+ + QH2 + 4 H+ (fora)
De facto, a desidrogénase do NADH(complexo I) é, simultaneamente,uma enzima (uma oxi-redútase) e um transportador de protões que são bombeados para fora da mitocôndria:
Q
NADH NAD+
2 e-
Complexo I ou desidrogénase do NADH
ubiquinona ou coenzima Q
I
matriz da mitocôndria
fora da mitocôndria
4H+
4H+
O complexo I também catalisa um processo de transporte ativo primário: usa a energia libertada numa reação química para bombear protões contra gradiente electroquímico.
52
2 e-
somatório das reações: NADH + ½ O2 → NAD+ + H2O
+ 0,81 VO2 / H2O½ O2 + 2 e- + 2 H+ →H2O
potencial redox padrão (Eº’)
par redoxforma oxidada / forma reduzida
Semi-equação de redução
NAD+ + 2 e- + H+ → NADH NAD+/ NADH -0,32 V
∆ Eº’=0,059
2log Keq
∆ Eº’= 1,13 V ⇔ Keq ≈ 1038 atm-1/2 Keq =[NAD+]
[NADH] (pO2)1/2
No trajeto dos eletrões entre NADH e o O2intervêm os complexos da cadeia respiratória I, III e IV.
53
Nem todas as reações redox são fisiologicamente irreversíveis. O sentido em que uma reação (qualquer reação) evolui é determinado pela razão Keq / QR.
aA + bB ↔↔↔↔ pP + qQ
2- A reação evolui emsentido direto ... A + B →→→→ P + Q
se Keq > QR ⇔ ⇔ ⇔ ⇔ Keq/QR >1
3- e evolui emsentido inverso... P + Q →→→→ A + B
se Keq < QR ⇔⇔⇔⇔ Keq/QR <1
1- Uma reação está em equilíbrio...Keq = QR ⇔⇔⇔⇔ Keq/QR =1
54
Nos eritrócitos, nos tumores mal irrigados e nas fibras musculares em exercício físico “anaeróbio” a reação catalisada pela desidrogénase do lactato evolui no sentido da formação do lactato que é libertado para o sangue.
Nestas células e nestas condições as concentrações de reagentes e dos produtos determinam que a reação catalisada pela desidrogénase do lactato evolua no sentido da redução do piruvato a lactato.
55
Outras células captam lactato do sangue e, como primeiro passo do seu metabolismo, ocorre a oxidação a piruvato.Em algumas fibras musculares (fibras vermelhas), no fígado (a maior parte do tempo) e no coração normal e a reação catalisada pela desidrogénase do lactato evolui no sentido da formação do piruvato.
Nestas células e nestas condições as concentrações de reagentes e dos produtos determinam que a reação catalisada pela desidrogénase do lactato evolua no sentido da oxidação do lactato a piruvato.
56
- 0,19 Vpiruvato/ lactatopiruvato + 2 e- + 2 H+ →lactato
potencial redox padrão (Eº’)
par redoxforma oxidada / forma reduzida
Semi-equação de redução
NAD+ + 2 e- + H+ → NADH NAD+/ NADH -0,32 V
∆ Eº´= 0,13 V ⇔ Keq ≈ 104,4 Keq =[NAD+] [lactato]
[NADH] [piruvato]
Keq ≈ QR
∆E’ = 0,059
2log
Keq
QR
... se QR>Keq ⇔ ∆E’ <0 ⇒ fluxo invertido de eletrões
57
Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu
∆E = ∆Eº + 0,059
2log
[Zn2+]
[Cu2+]
∆E = 0,0592
log Keq
QR...se Keq = QR⇒ ∆E = 0 V
...se Keq > QR⇒ ∆E > 0
...se QR=1 ⇒ ∆E = ∆Eº
Keq ≈ 1037 1,1V
Zn
Cu2+
QR
Pilha gasta Pilha carregada