! Organização dos transportadores de e - " Padrão mitocondrial

(1)

Transporte electrónico em procariotas

!

Organização dos transportadores de e

-

_"

Padrão mitocondrial

desidrogenases citocromos oxidase_terminal

Sítios de acoplamento:

! Complexo I ou NADH desidrogenase

! Complexo III ou Complexo bc₁

(2)

(3)

(4)

Mecanismos de acoplamento

(5)

Transporte electrónico em procariotas

!

Organização dos transportadores de e

-Parâmetros de transdução energética

"

H+_{/ 2e}- _(H+_{/ O) :}_{número de protões translocados / 2 electrões transferidos} ! NADH

#

O₂ H+_{/ 2e}- _{= 10}

! Complexos I e III H+_{/ 2e}- _{= 4}

! Complexos IV H+_{/ 2e}- _{= 2}

"

P/O (P/ 2e-_{) :}_{número de ATP formados / 2 electrões transferidos} ! NADH

#

O₂P/O = 3 ! 3 sítios de acoplamento

! succinato

#

O₂P/O = 2 ! 2 sítios de acoplamento

! citocromo c

#

O₂P/O = 1 ! 1 sítio de acoplamento

"

H+_{/ ATP :}_{número de protões que entram na célula via ATP sintase} ! Mitocôndrias: H+_{/ ATP = 3 + 1}

! Bactérias: H+_{/ ATP = 3}

(6)

Transporte electrónico em procariotas

!

Organização dos transportadores de e

-#

Padrões bacterianos

AH₂ Desidrogenases

Q

bc₁

c

aa₃

_O

₂ o

_O

2 Desidrogenases

Q

bc₁

c

aa₃

_O

₂ AH₂ o

_O

2 Desidrogenases

Q

reductase

_Y

AH₂

(7)

NADH+H+

Padrões de fluxo electrónico em bactérias

$

Escherichia coli

Aerobiose

NADH dh 1

Q

O

₂ NADH+H+ NAD+ Q loop NADH dh 2 NAD+ 4H+_/2e -A B 2H+_/2e -C D Cit bd

_O

₂ NADH dh 1 14 polipéptidos FMN, FeS NADH dh 2 4 polipéptidos FAD Cit bo 4 polipéptidos

2Cu, 2 hemes tipo b

Cit bd

2 polipéptidos

2 hemes b + 1 heme d 2H+_/2e

-Cit bo

A - C: 8H+_/2e- _{" 8/3 ATP/ 2e}- _{" 2,7 ATP / 2e}

-A - D: 6H+_/2e- _{" 6/3 ATP/ 2e}-_{" 2 ATP / 2e}

-B - C: 4H+_/2e- _{" 4/3 ATP/ 2e}-_{" 1,3 ATP / 2e}

-B - D: 2H+_/2e- _{" 2/3 ATP/ 2e}-_{" 0,67 ATP / 2e}

-[O

₂

]

$

[O

₂

]

%

(8)

Padrões de fluxo electrónico em bactérias

$

Escherichia coli

Anaerobiose

NADH dh 1

Q

NADH+H+ NAD+ Q loop NADH dh 2 NAD+ 4H+_/2e -A B

Cit b, Fe/S, FAD 2H+_/2e- Cit b, Fe/S, Mo

Nitrato redutase NO₃ -E = + 421 mV E = + 100 mV

MQ

E = - 74 mV Fumarato E = + 33 mV Fumarato redutase NADH+H+ C D

A - C: 6H+_/2e- _{" 6/3 ATP/ 2e}- _{" 2 ATP / 2e}

-A - D: 4H+_/2e- _{" 4/3 ATP/ 2e}-_{" 1,3 ATP / 2e}

(9)

-Padrões de fluxo electrónico em bactérias

%

Paracoccus denitrificans

Q

NADH+H+ NAD+ 2-3H+_/2e- _{NADH dh 1} Complexo bc₁

c

Cit aa₃ 4H+_/2e -2H+_/2e -1/2 O₂ + 2H+ H₂O bb₃ 2H+_/2e

-c

NO₂ -Red. NO NO Red. 1/2N₂O NO₃ -Red. NO₃ -NO₂ -2e -1e -1e -1/2NO Red. 1/2N₂ 1e -2H+_/2e -1/2 O₂ + 2H+ H₂O MeOH DH CH3OH HCHO + 2H+

(10)

10

Padrões de fluxo electrónico em bactérias

Out

In

Aerobic respiration Nitrate reduction

Nitrate reductase Out In Out In _{NO reductase} NO₂–_reductase N₂O reductase Nitrate reductase Denitrification

(11)

Fotossíntese Bacteriana

e

Os procariotas fototróficos

CO₂ Fluxo de C Composto orgânico Fluxo de C Fotoheterotrofia Fotoautotrofia Biossíntese Biossíntese

(12)

Fotossíntese Bacteriana

Absorção da luz Energia de excitação Antenas colectoras Separação de cargas centro de reacção

#E - potencial redox #µ_H+ - potencial electroquímico

ATP

NADPH

Transferência de e- _{Transferência de H}+

Transferência de e- _{Transferência de e}-_{e H}+

(13)

Fotossíntese Bacteriana

e

Os procariotas fototróficos - bactérias púrpura

Bactérias púrpura Sulfúreas _H₂_{S (e}-₎ CO2 luz (energia) malato, succinato baixa [O2] Chromatium (!) às escuras Não-Sulfúreas H2 (e-); H2S CO2 luz (energia) malato, succinato Rhodobacter

Rhodospirillum, Rhodococcus (", #) baixa [O2]

às escuras Quimioheterotróficos respiração fermentação H2S (e- ; energia) Aerobiose Anaerobiose Fotoautotróficas Fotoheterotróficas Aerobiose Anaerobiose Fotoautotróficas Fotoheterotróficas Quimioautotróficos

(14)

e

Os procariotas fototróficos - bactérias verdes

e

Os procariotas fototróficos

- Heliobactérias

Gram +

Heliobacterium _{algumas produzem endósporos}

Anaeróbios Fotoheterotróficas luz (energia) malato, succinato Sulfúreas Anaeróbios Fotoautotróficas _H 2S ; S ; S2O32- ; H2 estritos (clorossomas) Chlorobium Não-Sulfúreas ou deslizantes

(preferencialmente) malato, succinato

H2 ; H2S (e-) CO2 Rhodobacter Chloroflexus termofílicos: 52º - 60ºC alcalífilos: pH 10 Anaerobiose Aerobiose Fotoautotróficas

Fotoheterotróficas luz (energia)

respiração Quimioheterotróficos

(15)

Fotossíntese Bacteriana

(16)

Fotossíntese Bacteriana

e

Relações filogenéticas entre procariotas fotossintéticos

(17)

Fotossíntese Bacteriana

e

Estrutura das membranas fotossintéticas

Chlorobium sp

.

(18)

Fotossíntese Bacteriana

& Nos sistemas fotossintéticos, a fonte primária de energia de Gibbs é o quantum de energia

electromagnética, ou fotão

&

Energia de um fotão: h#

h -constante de Planck (6,62 x 10-34_Js)

# - frequência de radiação (s-1₎

& Energia de 1 mole de fotões (einstein):

*

!G = Nh# = Nhc/$ = 120 000/$ kJ einstein

-1

•

N: constante de Avogadro (6,022 x 1023_mol-1₎

•

c : velocidade da luz (3 x 108_{m s}-1₎

•

$ : comprimento de onda (nm)

&Energia da luz vermelha:

*

!G = (6,022 x 10

23

_{x 6,62 x 10}

34

_{x 3 x 10}

8

_{)/700 x 10}

-9

_{= 170 kJ einstein}

-1

&

Energia da luz azul:

(19)

Fotossíntese Bacteriana

e

Estrutura e organização dos pigmentos fotossintéticos

'

Centro de reacção versus pigmentos acessórios

( centro de reacção: associados à actividade fotoquímica das membranas fotossintéticas (fundamentalmente clorofilas ou bacterioclorofilas)

( pigmentos acessórios ou antenas colectoras: pigmentos colectores de luz; absorvem a luz e canalizam a energia resultante para os centros de reacção; constituem a maioria dos pigmentos fotossintéticos

(

A actividade fotoquímica dos CR depende da absorção da luz a um

_$

específico

! absorção directa

! transferência a partir das antenas colectoras que absorvem a <

$

( impacto de um fotão incidente: 1 s-1

turnover do CR: > 100 s-1

( A maioria dos fotões incidentes não têm

$

adequados à absorção eficiente pelos pigmentos dos CR

(20)

20 Bchl g (heliobacteria)/ 670, 788 nm Bchl d (green sulfur bacteria)/705–740 nm Bchl e (green sulfur bacteria)/719–726 nm Bchl c_s (green nonsulfur bacteria)/740nm Bchl c (green sulfur bacteria)/745–755 nm Bchl b (purple bacteria)/ 835–850, 1020–1040 nm Bchl a (purple bacteria)/ 805, 830–890 nm Pigment/Absorption maxima (in vivo)

(21)

Fotossíntese Bacteriana

e Os procariotas fototróficos

crescimento aeróbio às escuras

Oxigénica

Cianobactérias Chl a, ficobilinas H2O CO2 Proclorófitos Chl a, Chl b H2O CO2 Anoxigénica H2, H2S, S2O3 2-orgânico H2, orgânico H2S (algumas)

Bactérias verdes sulfúreas Bchl a e Bchl c, d ou e _H₂_{, Sº, H}₂_{S, S}₂_O₃2- _CO

2, orgânico

Bactérias verdes não sulfúreas ou verdes deslizantes

Heliobactérias Bchl g orgânico orgânico Não

Não

CO2, orgânico

Não H2, H2S, orgânico CO2, orgânico Sim

Bchl a e Bchl c ou Bchl d

Bactérias púrpura sulfúreas Bchl a ou Bchl b Sim

Bactérias púrpura não sulfúreas Bchl a ou b Sim

(22)

22

Green nonsulfur bacteria (Chloroflexus) I. Carotenes Diaponeurosporene Neurosporene Lycopene Chlorobactene !-Carotene "-Carotene !-Isorenieratene Isorenieratene II. Xanthophlls OH-Spheroidenone Spheroidenone Spirilloxanthin Okenone

Green sulfur bacteria Heliobacteria

Key

Green sulfur bacteria (brown-colored species) Purple bacteria

(in presence of air) Purple bacteria

(23)

Fotossíntese Bacteriana

e

Estrutura e organização dos pigmentos fotossintéticos

(24)

(25)

Fotossíntese Bacteriana

e

Estrutura e organização dos pigmentos fotossintéticos

ficocianina

ficoeritrina

(26)

26

Fotossíntese em bactérias púrpura

Strong

electron donor

Cyclic electron flow P870* Bph –1.0 –0.75 !0.5 !0.25 0.0 +0.25 +0.5 Poor electron donor Red or infrared light P870 Cyt c₂ External electron donors (H₂S, S₂O₃2-_, S0_{, Fe}2+₎ Q pool Cyt bc₁ Q_B Q_A E₀" (V) NAD(P)+ Reverse electron flow (energy-consuming) NAD(P)H

(27)

27

d

Bactérias púrpura sulfúreas

!

Cadeia de transporte electrónico respiratória e fotossintética

(28)

28 P870* BChl BPh –1.0 –0.75 !0.5 !0.25 0 +0.25 +0.5 P870 Cyt c₂ Cyt bc₁ Q NADH !1.25 Light E0" (V) Reverse electron flow P840 Cyt c553 Cyt bc₁ Q Light P840* Fd FeS Chl a P798 Cyt c₅₅₃ Cyt bc₁ Q Light P798* Fd FeS Chl a–OH Heliobacteria Green sulfur bacteria

Purple bacteria

(29)

29

Fotossíntese oxigénica

P680* –1.0 –0.75 !0.5 !0.25

0.0

+0.25 +0.5 P680 PQ_B PC !1.25 Light E₀" (V) Noncyclic electron flow (generates proton motive force) Photosystem II +0.75 Light Photosystem I P700 Ph Cyt bf PQ_A PQ pool Cyclic electron flow (generates proton motive force) The Z Scheme: PSII PSI P700* Chl a₀ Q_A FeS Fd Fp NAD(P)H NAD(P)+ +1.0

(30)

Fotossíntese Bacteriana

e Os procariotas fototróficos

'

Fototrofos anoxigénicos

( dador de electrões para a redução fotossintética do NADP+_:_{inorgânico (H}

2, H2S, tiosulfato), orgânico (malato, succinato, butirato)

( a fotoredução de NADP+_{associada ao fluxo reverso de electrões acoplado a #p}

(

não há libertação de O₂

'

Fototrofos oxigénicos

( dador de electrões para a redução fotossintética do NADP+_{: H}

2O

( o fluxo de electrões compreende a fotofosforilação e a fotoredução de NADP+