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Universidade Federal do Rio de Janeiro Ins1tuto de Química
Departamento de Bioquímica
Metabolismo Aeróbico: RESPIRAÇÃO CELULAR
• Ciclo de Krebs • Cadeia Transportadora de Elétrons (CTE) • Fosforilação oxida@va
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q ATP é consumido e produzido durante todo o tempo
q Nas células musculares há concentração de ATP, mas em níveis limitados
Três mecanismos (sistemas) levam à síntese de ATP:
q Fosfocrea@na – ATP q Glicólise anaeróbica q Metabolismo aeróbico
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• Membrana externa Permeável a moléculas pequenas e íons • Membrana interna Impermeável a moléculas pequenas e íons Cadeia respiratória Complexo ATP sintase Outros complexos transmembrana
• Matriz Complexo piruvato desidrogenase, enzimas do ciclo de Krebs e enzimas da via da β oxidação de ácidos graxos e oxidação de aminoácidos
MITOCÔNDRIAS
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Piruvato desidrogenase q Piruvato sofre descarboxilação oxida@va para formar ace@l-‐CoA e NADH e CO2
q Piruvato desidrogenase usa diversas coenzimas q É finamente regulada (alosteria e fosforilação)
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Ciclo de Krebs ou Ciclo dos ácidos tricarboxílicos (TCA)
q Piruvato (na verdade, ace0l CoA) vindo da glicólise é degradado a CO2 (duas moléculas)
q Produção de ATP (na verdade, 2 GTP – parecido com ATP)
q Produção de NADH e FADH2
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Citrato sintase
2 C 4 C 6 C
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Citrato: integrando vias dis1ntas
Fonte de poder redutor para síntese
Fonte para geração de energia ATP
Regulador
Fonte de carbono para síntese
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Isomerização do citrato em isocitrato (6 C)
Oxidação do isocitrato (6 C) em a-‐cetoglutarato (5 C)
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Oxidação do a-‐cetoglutarato (5 C) em succinil CoA (4 C) (molécula de alta energia)
Conversão do succinil CoA (4 C) em succinato ( 4C) e síntese de GTP (~ ATP)
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Oxidação de succinato em fumarato; síntese de FADH2; única enzima que está na membrana da mitocôndria (Complexo II da CTE)
Hidratação de fumarato a malato
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Oxidação de malato a oxaloacetato; regeneração do oxaloacetato (VIA CÍCLICA)
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Regulação do Ciclo do Ácido Cítrico
Regulação na formação de Acetil-CoA
Regulação na entrada de Acetil-CoA (NADH também inibe)
Regulação no ciclo
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Oxidação de aminoácidos
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O Ciclo de Krebs é uma via anfibólica (serve tanto à degradação quanto à síntese de outras moléculas)
Síntese
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Ciclo de Krebs par@cipa da síntese de glicose de novo (gliconeogênese)
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Respiração Celular
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q Coenzimas reduzidas (NADH e FADH2) transferem os elétrons para transportadores (outras moléculas) que estão na membrana interna mitocondrial. Essa energia leva a um bombeamento de prótons, gerando diferença de concentração de H+ na membrana interna da mitocôndria
q Fosforilação oxida@va: Gradiente de prótons dirige a síntese de ATP; O2 como aceptor final dos elétrons (é reduzido a H2O) – EVENTOS ACOPLADOS
Cadeia transportadora de elétrons e fosforilação oxida0va
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FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
Como o ATP é sinte1zado??
Reações de oxi-‐redução ocorrem na presença de um aceptor final externo de elétrons
(oxigênio, O2)
Oxidação total do composto orgânico
CO2 e H2O
O ATP é produzido por fosforilação oxida@va → formação de um potencial eletroquímico transmembrana é a força motriz para a síntese de ATP via enzima específica (ATP sintase)
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COMO O ATP É SINTETIZADO? Componentes envolvidos na síntese de ATP:
1. Cadeia transportadora de elétrons 2. Complexo ATP sintase
Cadeia transportadora de elétrons Síntese de ATP
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CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS
• Definição Transportadores transmembrana que agem sequencialmente, sendo a maior parte deles proteínas integrais com grupos prosté@cos capazes de doar ou aceitar elétrons
• Localização → membrana interna das mitocôndrias
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• Quatro complexos de proteínas presentes na membrana interna (I, II, III e IV)
• Coenzima Q (ubiquinona) coenzima lipídica (isoprenóide) e citocromo C (hidrossolúvel) – móveis na membrana
Transporte de elétrons
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COMPONENTES DA CADEIA
– Flavoproteínas (FAD e FMN) – NAD (nico@namida adenina dinucleokdeo) – Ubiquinona (Coenzima Q) – Citocromos – Proteínas ferro-‐enxofre
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COMPLEXOS TRANSPORTADORES SUPRAMOLECULARES
– Complexo I (NADH desidrogenase): NADH → ubiquinona – Complexo II (succinato desidrogenase): FADH2 → ubiquinona
– Complexo III (citocromo oxirredutase) : ubiquinona → citocromo C
– Complexo IV (citocromo oxidase): citocromo C → O2
* ATP sintase
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Teoria Quimiosmó0ca
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F0 – Canal por onde passam os prótons
F1 - Região onde ocorre a catálise
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q E O NADH PRODUZIDO EM OUTROS COMPARTIMENTOS?
LANÇADEIRA MALATO-‐ASPARTATO Transfere o elétron do NADH de fora para dentro da mitocôndria
GLICEROL-‐3P DESIDROGENASE Transfere o elétron do NADH para um FADH2
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Venenos inibidores da via
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Venenos e desacopladores (produção de calor) TERMOGENINA NA MEDULA MARROM