CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS

CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS E FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA

Esses dois processos ocorrem nas cristas da membrana mitocondrial interna, é são responsáveis pela produção de moléculas de ATP na presença de oxigênio. Durante a glicólise e ciclo de Krebs são liberados elétrons que são transferidos para as coenzimas NADH e FADH2. Os elétrons, a partir dai, são transferidos para a cadeia transportadora de elétrons.
Os carreadores que transportam os elétrons a partir das coenzimas até o O2 estão associados à membrana mitocondrial interna. Os objetivos são de oxidar moléculas redutoras e forma ATP, lembrando que as células aeróbicas produzem maior parte de seu ATP por oxidação de coenzimas pelo O2. Os seguintes eventos que ocorrem durante o processo de transporte de elétrons:

1.             O NADH e o FADH2 são reoxidados a NAD+ e FAD pela transferência dos seus elétrons para outras moléculas;
2.            Os elétrons transferidos participam na oxidação seqüencial em quatro complexos enzimáticos;
3.            Durante a transferência de elétrons, prótons são lançados da matriz mitocôndria para o espaço intermembrana, produzindo um gradiente através da membrana mitocondrial. A energia livre armazenada promove a síntese de ATP a partir de ADP e Pi por meio da fosforilação oxidativa.

Complexos enzimáticos:
A cadeia transportadora de elétrons possui 4 complexos enzimáticos. Na cadeia  aparecem 2 carreadores móveis, UBIQUINONA (coenzima Q) ( que conecta os complexos I e II ao complexo III) e o citocromo C (que conecta o complexo III ao complexo IV).
A seguir estão listados os complexos com seus grupos prostéticos:

COMPLEXO I - NADH DESIDROGENASE: FMN/Centros Fe-S
COMPLEXO II - SuccinatoDesidrogenase: FAD/ Centros Fe-S/Citocromob
COMPLEXO III-Citocromo c oxirredutase: Heme/ Fe-S
COMPLEXO IV- Citrocromo oxidase: Heme e Cu

                                                    Fonte: Lehninger Princípio de Bioquímica 3° edição

A UBIQUINONA (Q) recebe 2 elétrons, e CITOCROMO C ( CIT.C) através do grupo heme, recebe 1 elétron por vez. Os complexos I e II são os portos de entrada para os elétrons, toda vez que chega um NADH, ele doa seus elétrons para o complexo I. Se chegar um FADH2,  este doa seus elétrons para o complexo II.

COMPLEXO I: Oxida o NADH, transferindo seus elétrons para a coenzima Q.
É associado a grupos prostéticos, sendo eles uma molécula de FMN e centros de Ferro-enxofre (Fe-S).
Ao chegar o NADH, é doado 2 elétrons para o complexo. Os 2 elétrons são doados para FMN que é reduzido à FMNH2, logo seus elétrons são transferidos para o primeiro centro de Fe-S, e depois de passagens intermediárias por outros centros Fe-S, os elétrons do Fe-S são passados para a coenzima Q e sai do primeiro complexo.
Com  a passagem dos elétrons pelo complexo I, prótons são bombeados da matriz para o espaço intermembrana da mitocôndria.

COMPLEXO II: Oxida Succinato e recebe elétrons do FADH2, transferindo-ospara a coenzima Q que leva esses elétrons para o complexo III.

O succinato é oxidado à fumarato pela enzima Succinato desidrogenase. Essa enzima tem FAD como grupo prostético e catalisa a oxidação de succinato à fumarato. Os elétrons e prótons são transferidos do succinato ao FAD, que se reduz à FADH2. Também fazem parte do complexo II: centros Fe-S e o citocromo B (não recebem prótons, só são transportadores de elétrons). Ao contrário do complexo I, não há bombeamento de prótons (não contribuindo para a formação do gradiente de prótons).

COMPLEXO III: Transfere elétrons da coenzima Q para o citocromo C (CIT.C).

Ao chegar elétrons no complexo III, vindo do complexo I ou II, é encontrado um problema, como os elétrons são doados um atrás do outro, na hora da passagem de elétrons do complexo III para o complexo IV, o carreador móvel CIT.C só irá conseguir levar 1 elétron por vez. Para resolver o problema no complexo III ocorre o CICLO Q (forma seqüencial de  transporte de elétrons dentro do complexo III).
OBS: O complexo III é formado por duas subunidades iguais (homodímero), tudo que ocorre de uma subunidade, ocorre na outra.. Com  a passagem dos elétrons pelo complexo III, prótons são bombeados da matriz para o espaço intermembrana da mitocôndria.

COMPLEXO IV: transfere elétrons para o oxigênio.

É composto por 2 citocromos (grupos hemes A e A3) e átomos de cobre (associados aos citocromos).Os íons de cobre se alternam entre os estados de oxidação Cu²⁺ e Cu¹⁺, fazendo parte do transporte de elétrons.

Os elétrons do citocromo C, vindo do compleo III, são recebidos pelo complexo IV; os elétrons são passados pelos citocromos e  íons de cobre, e são levados para o oxigênio. O oxigênio combina-se com prótons da matriz, reduzindo-se água.
OBS: Os elétrons precisam ser doados logo para o oxigênio, caso contrário, a cadeia fica toda estacionada, pelo excesso de elétrons. Se falta oxigênio, não tem como esses elétrons saírem. Além da cadeia parar, o ciclo de Krebs é outro ciclo que também para, com isso não é formando ATP para o nosso organismo, a pessoa é obrigada a fermentar, e podendo chegar a óbito.

FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA - FORMAÇÃO DE ATP

É a fosforilação do ADP à ATP, utilizando a energia liberada por reações de óxido-redução. A energia do transporte de elétrons é primeiramente utilizada para bombear prótons  da matriz mitocondrial para o espaço intermembrana. A consequência do bombeamento é a produção de um gradiente de prótons, isto é, uma concentração diferente de prótons dentro e fora da mitocôndria.

Gradiente de pH: concentração de prótons é maior no espaço intermembranar, que se torna mais ácido.

Gradiente elétrico: a matriz é negativa em relação ao espaço intermembranar.

O retorno dos prótons ao interior da mitocôndria é um processo espontâneo, a favor do gradiente eletroquímico. O retorno dos prótons é capaz de levar à síntese de ATP. Como

a membrana interna é impermeável a prótons, é utilizado uma enzima (ATP sintase) para a passagem. A passagem dos prótons é o fator que altera a conformação da enzima, que faz com que ela realize ajunçãode ADP e Pi (fosfato inorgânico)I formando ATP.

Somente os complexos I, III e IV se transformam em bombas de prótons.

Para cada NADH e FADH2 que se oxidam, ou seja, para cada par de elétrons transportados pelos Complexos , há síntese de ATP.

SALDO DE ATP:
NADH: força o bombeamento de 10 prótons, formando 2,5 ATP.
FADH2: força o bombeamento de  6 prótons, formando 1,5 ATP.

É importante sempre contar os NADH e FADH2 formados no organismo, lembrando que a formação de NADH é feita das seguintes formas: da transformação do piruvato à acetil-CoA, no ciclo de Krebs  que ocorre na mitocôndria, favorecendo os NADH e FADH2a irem direto para a cadeia transportadora, e os NADHs formados no citoplasma pela glicólise.
Como precisamos de todos NADH para formar ATP, conseguimos levar os NADH formados no citoplasma pela glicólise para dentro da mitocôndria por meio de canais formados por proteínas, mais conhecidas como lançadeiras.

LANÇADEIRAS

Proteínas que formam canais na membrana interna da mitocôndria, que permitem a passagem de NADH que são formados na glicólise. Existem duas lançadeiras:
Lançadeira MALATO – ASPARTATO
Tem o nome devido às moléculas que auxiliam na entrada dos elétrons. Está presente nas células hepáticas, cardíacas, renais e outros tecidos. Essa lançadeira permite que os NADH formados no citoplasma doem seus elétrons, fazendo com que eles entrem do espaço intermembrana para a matriz mitocondrial. Por não conseguir entrar diretamente, os elétrons são doados a ao oxalacetato.O oxalacetato assim que recebe esses elétrons, se transforma em outro composto,malato,que tem um transportador que permite a sua passagem. O NADH que dou os elétrons volta a ser NAD+. O malato com seu transportador já consegue levar os elétrons para a matriz, mas precisa doar os elétrons para a cadeia transportadora. Um NAD+ que já está dentro da matriz mitocondrial, recebe os elétrons e se transforma em NADH que vai direto para a cadeia. Para o ciclo continuar o oxalacetato do início precisa voltar para o espaço intermembrana, sendo transformado em uma molécula que tem transportador: ASPARTATO.

                                                           Fonte: Lehninger Princípio de Bioquímica 3° edição 

Lançadeira GLICEROL 3-P
Essa lançadeira possui um grupo prostético que é o FAD, ela se encontra presente nos músculos e cérebro dos mamíferos. O NADH vindo da glicólise doa seus elétrons para a molécula diidroxiacetona-P. Ao receber os elétrons, a diidroxiacetona-P se transforma em glicerol 3-P, que é reconhecido pela lançadeira. O glicerol 3-P doa os 2 elétrons para o FAD, que se transforma em FADH2, conseguindo agora ir para a cadeia transportadora de  elétrons.
Para cada NADH citosólico oxidado resulta apenas 1,5 ATP. 

                                                     Fonte: Lehninger Princípio de Bioquímica 3° edição

Referências Bibliográficas

LEHNINGER, A. L. Princípios de Bioquímica
MARZZOCO, A; BAPTISTA,B.T. Bioquímica Básica

1) (PUC Camp 2005) Nas principais concentrações urbanas do país, trabalhadores de baixa renda percorrem grandes distancias a pé. Outros pedalam muitos quilômetros para usar uma condução menos, deixando a bicicleta em estacionamentos próprios.

Para a contração muscular é necessária a formação de ATP, num processo que produz CO2. Na célula muscular parte do CO2 é produzida.

a)      no citoplasma, durante a fermentação acética.

b)      no citoplasma, durante a síntese de glicogênio.

c)      no cloroplasto, durante a fase escura da fotossíntese.

d)     na mitocôndria, durante a fosforilação oxidativa.

e)      na mitocôndria, durante o ciclo de Krebs.

2)(Udesc 2009) A glicólise é um processo que corresponde dez reações químicas, cada uma delas com a participação de uma enzima especifica.

Assim a alternativa CORRETA em relação à glicólise anaeróbica.

a)      Transforma ácido lático em acido pirúvico.

b)      É realizada apenas em células animais e procariontes heterotróficos

c)      Promove a quebra da glicose no interior da mitocôndria.

d)     Libera energia na forma de 38 ATPs.

e)      É o processo responsável pela quebra de glicose, transformando-a em piruvato ou ácido pirúvico.

3)Podemos definir a glicólise como:

a)      Via Catabolica central que ocorre no citosol e produz. Entre outros, 2 de moléculas de piruvato, a partir de uma molécula de glicose.

b)      Única via catabolica que ocorre nas mitocôndrias, e produz, entre outros, 2 moléculas de piruvato, a partir de uma molécula de glicose.

c)      Única via metabólica fornecedora de ATP para o organismo.

d)     Via anabólica que utiliza glicose como combustível.

4)Durante um período de hiperglicemia ocorre:

a)      Aumento da secreção de glucagon, diminuição da glicogênese hepática e aumento da utilização da glicose periférica, com o objetivo de reduzir o nível da glicose sanguínea.

b)      Aumento da secreção da insulina, aumento da glicogenase hepática e da utilização periférica de glicose, com o objetivo de reduzir o nível de glicose sanguínea.

c)      Aumento da secreção de glucagon, aumento da glicogênese hepática e da utilização da glicose pelos órgãos vitais, com o objetivo de reduzir o nível da glicose sanguínea.

d)     Aumento da secreção de insulina, aumento da glicogenase hepática e diminuição da utilização periférica de glicose, como objetivo de reduzir o nível da glicose sanguínea.

5)Analise as afirmativas abaixo sobre os processos celulares para obtenção de energia.

I.                   O principal processo de oxidação dos açúcares é a sequencia de reações conhecida como glicólise; ela ocorre no citosol da célula e depende da presença de oxigênio molecular para produção final de ATP.

II.                A formação das moléculas de CO₂ ocorre durante ciclo do ácido cítrico, como produto final da oxidação completa da molécula de acetil-CoA.

III.             Os átomos de oxigênio necessários para produzir a molécula de CO₂, a partir da oxidação completa da molécula de acetil-CoA durante o ciclo do ácido cítrico, são obtidos da quebra do oxigênio molecular.

IV.             O oxigênio molecular é o aceptor final dos íons de H⁺, formando as moléculas de água durante a fosforização oxidativa.

Estão corretas apenas as afirmativas:

a)      I e II

b)      II e IV

c)      III e IV

d)     I e III

e)      II e III

6)Com relação ao metabolismo celular, todas são afirmativas corretas, exceto:

a) O maior rendimento energético do processo de respiração aeróbia é principalmente devido à completa oxidação da glicose a CO2 e H2O.
 b) A glicólise e a fosforilação oxidativa são etapas do processo de respiração celular que ocorrem no interior das mitocôndrias.
c) Os aminoácidos, os monossacarídeos, como a glicose e os ácidos graxos, ao serem metabolizados pelas células, acabam transformando-se em acetil coenzima A, um substrato do ciclo de Krebs, também denominado ciclo do ácido cítrico.
d) O ciclo de Krebs, a cadeia respiratória e a fosforilação oxidativa, nas células aeróbias, são processos acoplados e ocorrem somente na presença de oxigênio. 

7) A glicólise é um processo que compreende dez reações químicas, cada uma delas com a participação de uma enzima específica.

Assinale a alternativa correta em relação à glicólise anaeróbica.

a) É o processo responsável pela quebra da glicose, transformando-a em piruvato ou ácido pirúvico.
b) É realizada apenas em células animais e procariontes heterotróficos.
c) Promove a quebra da glicose no interior da mitocôndria.
d) Libera energia na forma de 38 ATPs.
e) Transforma ácido lático em ácido pirúvico. 

8)A glicólise é um processo exotérmico, comum tanto na fermentação quanto na respiração celular aeróbica. Esse processo encerra-se com a formação de duas moléculas de ácido pirúvico que podem seguir caminhos metabólicos de ácido pirúvico que podem seguir caminhos metabólicos distintos. Sobre esse tema, analise o esquema abaixo e assinale a alternativa correta.

a)       1 e 2 são formas de fermentação.

b)       2 e 3 são formas de respiração celular aeróbica.

c)       apenas 2 é o caminho da respiração celular aeróbica.

d)       fermentação é mostrada apenas em 3.

e)       Os produtos em 1 são oriundos de respiração aeróbica e imprescindíveis ao termino do processo respiratório.

9) Considere as afirmações apresentadas a seguir. 

I. O rendimento energético total de cada molécula de glicose degradada até 6CO2 e 6H2O é de até 38 ATP. 
II. A utilização do oxigênio se dá nos cloroplastos. 
III. Em alguns microrganismos só conseguem 2 ATP por glicose. 

Com relação à fermentação, pode-se afirmar que, das afirmações, apenas 

a)a I está correta.
b) a II está correta.
c) a III está correta.
d) a I e a III estão corretas.
e) a II e a III estão corretas. 

10)Aonde ocorrem os processos da cadeia transportadora de elétrons e fosforilação oxidativa ?
a) citoplasma
b) cristas mitocôndrias
c) núcleo celular
d) Organelas