fosforilante respiratória e cadeia oxidação

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I. Introdução :

A quantidade de’ATP que um ser humano precisa para viver é impressionante. Um homem sedentário 70 kg requer sobre 2000 kcal por um dia de’atividade. Para fornecer tantos’energia, must 83 kg d’ATP. contudo, um ser humano contém apenas’sobre 250 g d’ATP. A disparidade entre a quantidade de’ATP que possuímos e o valor que gastamos é explicado pela reciclagem l’ADP e ATP. Cada molécula d’ATP é reciclado aproximadamente 300 vezes por dia. Esta reciclagem é feita principalmente pela fosforilação oxidativa.

eu’energia armazenada em lipídios, hidratos de carbono e proteínas tem de ser convertido numa forma imediatamente utilizável. As reações de’oxidação do catabolismo (glycolyse, (3 oxidação de ácido gordo, amino ácido catabolismo, ciclo’Ácido Cítrico) remover átomos d de substratos’hidrogênio (prótons + elétrons) que são suportados pela coenzima NAD e FAD.

– D’separado, a reoxidação dessas coenzimas é essencial para’manutenção do catabolismo oxidativo.

D’outro, o poder redutor dessas coenzimas é usado na síntese de’ATP.

O processo que acopla a re-oxidação do NADH, H + e FADH2 na síntese de’ATP por fosforilação de l’ADP é chamado de oxidações de fosforilação

NB : Pode-se também dizer fosforilação oxidativa, mas que permanece designação impróprios pois eles são oxidações precedentes fosforilação.

ver II / Geral da cadeia respiratória mitocondrial :

Na cadeia respiratória, electrões a partir de diferentes reacções intracelulares são suportados. Eles percorrem uma série de’passos redox em direção a l’oxigênio para finalmente reduzir o último a água. C’é a passo que eu’energia livre necessária para a síntese de’ATP é fornecido pela’oxidação de NADH, H + e FADH2. Os equivalentes redutores são transferidos binário redox par redox no sentido do gradiente de potencial redox de negativo para positivo mais, para cima’para’oxigênio molecular. Estes pares redox ou uma transferência de hidreto de iões(NAD), ou seja, dois átomos d’hidrogênio (MANIA, coenzima Q), ou um electrão (citocromos). eu’conjunto dessas coenzimas d’redox e enzimas das quais eles são o grupo protético constituem a cadeia respiratória.

Durante sua jornada, electrões dar-se a sua energia para criar um gradiente de protões através da membrana interna da mitocôndria. Este gradiente permite a produção de’ATP de’ADP e fosfato inorgânico.

A cadeia respiratória está localizada na membrana interna da mitocôndria, onde os transportadores de d’é.

Produz’ATP e l’água de acordo com um processo acoplado composto de dois subconjuntos distintos que têm uma função específica :

  • A corrente d’redox produz’H20 de transporte para’02 hidrogênio (H + e e) coenzima reduzida : c’é a respiração celular
  • A fosforilação de l’ADP em ATP é alcançado graças ao’energia produzida gradualmente pela cadeia d’redox

eu’combinação desses dois tipos de reação c’é’fosforilante de oxidação.

1/ Origem e H2 02 necessária para a cadeia :

  • H2 vem de coenzima reduzido : NADH, H + e FADH2. Ambos reduzida coenzima são substratos da cadeia respiratória mitocondrial
  • 02 molecular é levado tecido respiratório, circulação e distribuição em tecidos.

2/ Localização da coenzima reduzida :

  • FADH2 : mitocôndria
  • NADH, H + :

– mitocôndria : diretamente na cadeia
– citosol : necessidade de "shuttle" de introduzir as mitocôndrias para os nucleótidos não atravessar a membrana mitocondrial.

3/ Elementos da cadeia d’redox mitocondrial :

A fosforilação oxidativa compreende duas peças : durante a primeira fase, elétrons (é) t são transmitidos a partir de NADH e FADH2 para o’02 ; este transporte de’elétrons são acoplados à translocação de prótons (H +) da matriz para o’espaço intermembranar. Durante a segunda fase, eu’energia armazenada em um

intermediário, sob a forma de’um gradiente de prótons através da membrana mitocondrial interna, é mobilizado por uma corrente reversa de H + em direção à matriz para permitir a síntese de’ATP.

Localizada cadeia respiratória nos compreende membrana mitocondrial interna :

  • de quatro operadoras d’é chamado de complexos de VERDE (Eu, II, III, IV) que são fixadas, formada de proteínas incorporadas na membrana interna (II complexo está na face da matriz) e ligados a grupos protéticos de’redox : MANIA, FMN, Centro proteína ferro-enxofre e citocromo.
  • duas operadoras de celular d’elétrons (ubiquinona et citocromo C) que asseguram a continuidade da cadeia, ligando os elementos fixos.

O transporte de’é do complexo I para o complexo IV é sequencial :

l-UQ – III – cit – IV

Egg ll-UQ – III-cyt-IV

III / O VERDE quatro transportadores complexos :

1/ Complexe I : NADH – Coenzima Q oxydoréductase

  • Catalisa a transferência de’hidrogênio de NADH, H + para l’ubiquinona Contém FMN e várias proteínas com um centro Ferro-Enxofre

Ele recebe equivalentes redutores de NADH, H + :

– D’origem mitocondrial : a oxidação de ácidos gordos P, transformação de piruvato em acetil-CoA e ciclo de l’Ácido Cítrico.

– D’origem citosólica : glycolyse

  • eu’entrada para NADH, H + na cadeia é ao nível do complexo I
  • O substrato do complexo I é NADH, H +(E ° = – 0,32 V) e’o aceitador de H + e é é a Coenzima Q (ubiquinone) (E ° = 0,06 V)
  • eu’objetivo do complexo I é reoxidar NADH, H + em NAD + e transferência 2H + 2t no Coenzima Q através do FMN e proteínas no centro de ferro-enxofre.

NADH, H + + UQ (ubiquinone) —–► NAD + UQH2 (ubiquinol)

  • eu’o ubiquinol formado é muito móvel na membrana e migra para o complexo III
  • O complexo I é um sítio de bombeamento de H + : na verdade, esta reação d’redox é exergônico e libera o suficiente’energia, parte da qual é usada pelo’enzima para mover prótons da matriz para o’espaço intermembranar ; c’é um salto’energia suficiente.

2/II complexo : OU succinato-Coenzima Q oxydoréductase montar :

  • succinato desidrogenase, um FAD coenzima, enzima que catalisa a 6th reação de ciclo’Ácido Cítrico.
  • várias proteínas no centro de ferro-enxofre.

Este complexo proporciona uma ligação directa entre o ciclo e a cadeia. Ele recebe os equivalentes redutores de FADH2 produzidos pelo ciclo de’ácido cítrico e os passa para a coenzima Q através das proteínas com um centro Ferro-Enxofre :

FADH2 + CoQ —–► FAD + CoQH2

A coenzima Q é reduzida pelo complexo I, o complexo II e também pelo FADH2 do p- oxidação de ácidos gordos e pela lançadeira FADFI2 de glicerol-3-fosfato, que tem vindo a apoiar a NADH equivalentes redutores, H + d’origem glicolítica.

Assim, a coenzima Q passar todos equivalentes de redução catabolismo oxidativo.

  • Contém proteínas ferro-enxofre e do citocromo b
  • eu’a entrada do FADH2 na cadeia é feita no nível do Complexo II
  • Substratos II Complex : FADFI2 et succinato ; eu’Aceitador H + + E é Coenzima Q
  • Metas II Complex :
  • Óxido de fumarato a succinato pela FAD succinato desidrogenase (enzima II complexo e o ciclo de Krebs). A reacção a E ° = 0,03 V
  • Reoxidado o FADFI2 relacionadas com FAD succinato desidrogenase
  • transferência 2 ed e 2 H + sur UQ ——►UQH2
  • UQ.H2 migra Complexo III
  • Ao nível deste complexo II l’energia liberada por esta reação n’não é suficiente para’há um bombeamento de prótons.

Duas outras enzimas ADF são variantes de II complexo ; ele é’é sobre :

  • Glicerol-3-P desidrogenase : lado espaço inter-membrana
  • eu’acil CoA desidrogenase (β oxidação des AG) : lado da matriz

3/ III complexo OU coenzima QH2 – citocromo c oxydoréductase montar :

  • 2 citocromos b
  • um centro de ferro-enxofre em proteínas
  • e citocromo cl

Ele recebe equivalentes redutores coenzima Q H2 e passa através do citocromo c citocromo centro proteína e ferro-enxofre :

Este resort capta os elétrons (mas prótons) de’ubiquinol e os transmite em duas moléculas de citocromo C. O citocromo c oxidorredutase contém dois tipos de citocromo : b e cl, bem como’uma proteína ferro-enxofre

UQH2 + 2 cit. C (Fe +++) ————–►UQ + 2 cit. C(Fe ++) + 2H +

  • Citocromo C é uma pequena proteína celular, solúvel que funciona como um transportador de’elétrons entre o complexo III e IV ; Por causa de sua boa solubilidade em’água, que está no lado exterior da membrana interna, onde a reacção ocorre.

Esta reação d’redox é exergônico e libera o suficiente’energia que é usada pelo’enzima para mover prótons da matriz para o’espaço intermembranar (pular’energia suficiente).

4/ IV complexo ou citocromo c oxidase monta :

  • le citocromo um
  • le citocromo a3
  • e dois iões de cobre

Ele recebe os equivalentes redutores do citocromo ce os passa para o’oxigênio molecular, através de um citocromos e a3 :

2cyt.c (Fe ++) + >4 02 + 2H + ► 2 cit. C (Fe +++) + H20

eu’o oxigênio molecular pode ser pensado como uma "lata de lixo", onde os elétrons são jogados fora, uma vez que foram esvaziados do’energia.

Citocromo C-oxidase é o último enzima da cadeia respiratória mitocondrial. Ele contém dois núcleos chamada heme um e a3, cada um de’entre eles sendo associados a um átomo de cobre. Os elétrons que são o substrato do’enzimas são fornecidas pelo citocromo C do’espaço inter-membrana, em seguida, transferido pelo’enzima em direção a l’oxigênio da respiração que se difunde dos vasos para a matriz da mitocôndria.

Esta reação d’redox é exergônico e libera o suficiente’energia, parte da qual é usada pelo’enzima para mover prótons da matriz para o’espaço intermembranar. Este bombeamento de prótons é, portanto, acoplado à reação d’redox.

equilíbrio IV / Energia da cadeia respiratória mitocondrial :

NADH + H + + ½ 02 ———-► H20 + NAD +? G ° =- 220 KJ / mole = – 52,6 Kcal / mole

ADP + Pi + H + ——–► ATP + H20 ΔG ° = + 30,5 KJ / mole = + 7,3 Kcal / mole

  • A síntese de’ATP é proporcional ao gradiente de prótons
  • 3 locais de produção porque a variação d’energia suficiente : complexos I, III, IV
  • cobertura teórica : 3 ATP por par de’é du NADH, H + 2 ATP por par de’é de FADH2 V / Complexo V : ATP – sintase
  • O complexo V n’não é portador de’é

– É constituída por dois elementos :

  • subunidade Fl ou factor de acoplamento (corpuscle VERDE) está localizado na lateral da matriz e consiste em várias subunidades polipeptídicas diferentes que produzem o’ATP na mitocôndria.
  • O FO subunidade transmembranar : c’é um canal feito de 4 diferentes cadeias de polipéptidos. Através dela voltar para os prótons matriz mitocondrial (canal protonique)

Ao contrário de outras enzimas da cadeia respiratória mitocondrial, eu’A ATP sintase bombeia os prótons do’espaço inter-membrana em direção à matriz. Ao fazer, ela coleta o’energia que outras enzimas da cadeia usam para acumular prótons no’espaço intermembranar.

Esta energia é acoplada à reação de fosforilação do’ADP por um fosfato inorgânico na presença de Mg ++.

Duas proteínas de transporte (ATP translocase e porina) finalmente permitir a ATP coenzima / ADP para passar através das membranas.

VI / Acoplamento entre a cadeia de transporte d’é e ATP sintase : teoria chimiosmotiaue (P. MITCHELL (1961)

Esta teoria assume que a transferência d’elétrons e a síntese de’ATP são acoplados através de um gradiente de prótons que s’estabelece através da membrana mitocondrial interna. A transferência de’elétrons na cadeia respiratória mitocondrial levam a um bombeamento de prótons da matriz para o’espaço intermembranar. Esta actividade de bombeamento de H + por complexo I, III, IV leva a uma grande diferença na concentração de H + : ele é’estabelece um gradiente de concentração de H +. Este gradiente é manifestado por uma diferença de PH entre a matriz e o’espaço intermembranar (sendo este último mais ácida do que a matriz).

O complexo V (mitocondrial de ATP sintase) pelo contrário, vamos retornar o H + de l’espaço inter-membrana em direção à matriz e usa l’energia produzida para fosforilar l’ADP e ATP

VII / Regulamento da cadeia respiratória :

O controle da cadeia respiratória e, portanto, da síntese de’ATP é feito por :

  • A disponibilidade de l’ADP : A l’estado basal, ATP »ADP

e [ADP] aumenta, a velocidade da cadeia respiratória está crescendo muito rapidamente e muito intensamente.

  • controlo respiratório :

Uma inibição da transferência de’elétrons’oxigênio, síntese de blocos d’ATP reciprocamente, inibição de’A ATP sintase bloqueia a transferência de elétrons VIII / agentes desacopladores e inibidores da cadeia respiratória :

1/ Desacoplamento de transporte d’elétrons e a síntese de’ATP :

Normalmente cadeia respiratória e fosforilação oxidativa estão associados. Mas o gradiente de prótons formado pode ser degradado sem que os prótons cruzem o’ATP sintase para juntar a matriz

mitocondrial: ele n’não haverá’ATP produz, mas apenas calor. Esta perda de controlo respiratório

leva ao consumo de’aumento de oxigênio e’oxidação do NADH.

  • tecido adiposo castanho: encontrado em animais capazes de’hibernar, em recém-nascidos- nascido e em’adulto especialmente mulheres. C’é um tecido particular muito rico em mitocôndrias, cuja cor se deve a uma combinação da cor verde dos citocromos na mitocôndria e na’hemoglobina vermelha presente no’fornecimento de sangue que ajuda a transportar calor para o corpo. Ele faz o desacoplamento controlado de cadeia respiratória para manter a temperatura corporal, que é vital para recém-nascidos. de fato, a membrana mitocondrial interna das mitocôndrias contém uma grande quantidade de proteína de desacoplamento 1 (UCP 1) ou termogenina que hospeda o fluxo de prótons s’fluindo do citoplasma para a matriz. eu’energia gradiente de prótons, normalmente capturado como d’ATP, é liberado como calor quando os prótons viajam através do’UCP 1 para a matriz mitocondrial. Esta via é activada quando a temperatura do corpo começa a gota.
  • tireóide hormônios: aumentar o metabolismo básico, induzindo thermogenin
  • 2-4 dinitrophénol: c’é um agente de desacoplamento da cadeia respiratória que é usado como ingrediente ativo em alguns herbicidas e fungicidas

2/ Os inibidores da cadeia respiratória :

Vários venenos potentes e mortais exercem o seu efeito através da inibição da fosforilação oxidativa em um ponto específico em várias etapas.

Rotenona, que é usada como veneno de insetos e peixes e’amytai um sedativo barbitúrico bloqueia a transferência de elétrons no NADH- COQ oxydo- redutase e, portanto, prevenir’uso de NADH como substrato.

Todos os inibidores que podem causar envenenamento em’homem, bloco l’atividade da citocromo oxidase (Complexo IV da cadeia respiratória) causando asfixia interna.

monóxido de carbono: gás que pode causar envenenamento fatal no’homem. CO se liga ao grupo heme ferro com uma afinidade 200 vezes maior do que o do’oxigênio causando um deslocamento do’oxigênio de sua ligação com’hemoglobina. D’por outro lado, a citocromo oxidase também é bloqueada porque o’sua afinidade para CO é 40 vezes maior que l’afinidade para’oxigênio.

eu’ácido cianídrico e cianeto de potássio:

– eu’HCN é absorvido principalmente como um gás (Na verdade, em segundos)

– !e K + CN é absorvido por via oral (Na verdade, em minutos)

O alvo principal é o citocromo oxidase celular. A ligação do cianeto interrompe a transferência de elétrons para o’oxigênio. A cadeia respiratória é interrompida e a célula morre rapidamente.’uma falta de’ATP.

Curso do Dr. N. KOUIDER – Faculdade de Constantino