Mecanismos de síntese de ATP (parte 2)

(1)

(2)

(3)

Na Antiguidade...

Acreditava-se que tudo na Natureza

era composto por

4 ELEMENTOS

:

TERRA, ÁGUA, AR E FOGO

Hipócrates (460-377 a.C.)

- doenças eram causadas por desequilíbrio dos humores

(4)

Aristóteles (384-322 a.C.)

O quinto elemento, a quinta essência ou

a “ALMA DA MATÉRIA”

A Escola de Atenas

(5)

mantinha os elementos unidos e sua perda levava à morte ou à desintegração

O quinto elemento ou a “ALMA DA MATÉRIA”

uva

vinho

vinagre

BOLHAS: liberação da alma da matéria

(6)

Os alquimistas

~ 100 a.C.

- buscavam a transformação da matéria

- queriam isolar a quinta essência

aquecimento

(7)

O FLOGÍSTICO

Todo corpo suscetível à combustão contém um “princípio de inflamabilidade”

(FLOGÍSTICO), que é liberado durante a queima.

George Ernst Stahl

(1639-1734)

Vários químicos passaram

a tentar isolar o flogístico

(8)

A descoberta do gás carbônico

Joseph Black

(1728-1799)

Aquecimento do carbonato de cálcio: perda de peso

Gás desprendido não permitia a queima da vela

ou a respiração de animais

“AR FIXO”

formação de pó branco

(9)

A descoberta do oxigênio

Joseph Priestley (1733-1804)

Carl W. Scheele (1742-1786)

“AR DEFLOGISTICADO”

Até então, ainda se acreditava na teoria do flogístico,

até que...

(10)

Antoine L. Lavoisier

(1742-1786)

Observações de Lavoisier

Queima de substâncias com fósforo e enxofre: ganho

de peso ao invés de perda de peso

(11)

antes de aquecer mercúrio metálico ar

Observações de Lavoisier

aquecimento

brando

cinabre (HgO)

“mercúrio vivo” (Hg) “mercúrio vivo” (Hg)

aquecimento

intenso

aquecimento brando - formação do cinabre - consumo do ar aquecimento intenso

- reformação de mercúrio metálico

(12)

Observações de Lavoisier

(13)

Observações de Lavoisier

(14)

(15)

(16)

A queima da matéria orgânica e a respiração são fenômenos semelhantes?

Consomem OXIGÊNIO e liberam GÁS CARBÔNICO

A respiração produz

CALOR

?

Mas há outra variável:

Quando a vela queima, consome OXIGÊNIO e libera GÁS CARBÔNICO

e produz

CALOR

Mas Lavoisier ainda tinha dúvidas...

(17)

Lavoisier

Laplace

(18)

Produção de CO₂ Gelo derretido Gelo derretido/CO₂ produzido Matéria orgânica 112,35 g 2998 g 26,69

Cobaia 11,87 g 330,3 g 27,80

Lavoisier foi guilhotinado em 8 de maio de 1794

O experimento

“A respiração é portanto uma combustão, muita lenta, é verdade, mas de qualquer

forma, perfeitamente semelhante à combustão do carvão ou de qualquer matéria

orgânica. Ela ocorre no interior dos pulmões sem produzir luz perceptível, porque a

matéria liberada pelo fogo é imediatamente absorvida pela umidade dos tecidos.”

(Lavoisier, 1787)

(19)

Nobel Prize in Physiology or Medicine

1931

Queria entender as etapas da equação de combustão

de Lavoisier

Desenvolveu um método manométrico para medir o

consumo de O

₂

e a

produção de CO

₂

Otto Warburg

(1883-1970)

Início do século XX...

Respirômetro de Warburg

Propôs a existência de uma enzima

respiratória contendo ferro -

(20)

X

Oxidações biológicas eram catalisadas por

enzimas desidrogenases

que “ativavam”

hidrogênios que eram retirados dos

intermediários metabólicos

Oxidações biológicas eram catalisadas por

uma

enzima contendo ferro

(“Atmungsferment” ) – o ferro era oxidado

pelo O

₂

e reduzido pelos intermediários

metabólicos

(21)

(22)

David Keilin

(1887-1963)

(23)

David Keilin

(1887-1963)

Espectro de absorção dos músculos do tórax

prisma lente lente abelha luz prisma lente lente abelha luz

Redescobriu um pigmento

anteriormente descrito por C. A.

MacMunn, e o chamou “citocromo”

(24)

(25)

a+a3 b

c

c1

(26)

a+a3 b

c

c1

(27)

a+a3 b

c

c1

(28)

a+a3 b

c

c1

(29)

a+a3 b

c

c1

(30)

a+a3 b

c

c1

(31)

(32)

(33)

(34)

(35)

1912

1925

1930

(36)

I- sem adição

II- N

₂

(sem O

₂

)

III- N

₂

+ piruvato

IV- O

₂

+ piruvato

IV- O

₂

sem piruvato

Incorporação do fosfato

Consumo de O

₂

Em 1939...

(37)

Nobel Prize in Chemistry 1978

Peter Mitchell

(1920-1992)

- - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + H+ H+ H + NAD+ FAD NADH FADH2 H+ e- _e -H+ e -O2 H2O H+ ADP + Pi ATP H+ H+ H+ H+ e -H+ H+ H+ H+ e -outer membrane inner membrane

Hipótese quimiosmótica proposta por Peter Mitchell

em 1961

(38)

Reaction Reduction potential (V)

2H+_{+ 2e}-_{→ H}

2 - 0.414

NAD + H+_{+ 2e}-_{→ NADH} _{- 0.320} NADH dehydrogenase (FNM) + 2H+_{+ 2e}- _{→ NADH dehydrogenase}

(FNMH₂)

- 0.300

Ubiquinone + 2H+_{+ 2e}- → ubiquinol _0.045 cytochrome b (Fe3+_{) + e}-_{→ cytochrome b (Fe}2+₎ _0.077 cytochrome c₁ (Fe3+_{) + e}-_{→ cytochrome c}

1 (Fe2+) 0.220 cytochrome c (Fe3+_{) + e}-_{→ cytochrome c (Fe}2+₎ _0.254 cytochrome a (Fe3+_{) + e}-_{→ cytochrome a (Fe}2+₎ _0.290 cytochrome a₃ (Fe3+_{) + e}- → cytochrome a

3 (Fe2+) 0.350 ½ O2 + 2H+_{+ 2e}-_{→ H}

(39)

(40)

- - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + H+ _H+ H+ H+ cytC

Q

e -e -NAD+ NADH H+ _H+ e -e -H+ e -O2 H₂O H+ ADP + Pi ATP succinate fumarate e -FAD FAD acyl-CoA trans-enoyl-CoA e -H+ _H+ H + H+ _H+ _H+ _H+ FAD glycerol-3P dihydroxyacetone-P e

(41)

(42)

-QH₂ Q NADH NAD+ mitochondrial matrix

e

-

e

-

e

-

e

- Fe-S clusters ubiquinone FMN

(43)

e

-

e

-

e

-

e

-

e

-

e

- FAD ubiquinone heme b Fe-S clusters QH₂ Q succinate fumarate mitochondrial matrix

(44)

VLCAD

Q acyl-CoA transenoyl-CoA

ETF:QO

ETF

myristoyl-CoA

FAD FAD FAD

ubiquinone FeS

e

-

e

-

e

-

e

- mitochondrial matrix QH₂

(45)

ubiquinone QH₂ Q glycerol-3-phosphate DHAP FAD

e

- mitochondrial matrix

(46)

- - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + H+ _H+ H+ H+ cytC

Q

(47)

-oxidized form: ubiquinone half-reduced radical: semi-quinone reduced form: ubiquinol

(48)

heme b Fe-S center heme c

e

-

e

-

e

- QH₂ Q oxidized cytochrome c reduced cytochrome c mitochondrial matrix

(49)

(50)

heme a CuA center heme a₃ O₂ oxidized cytochrome c reduced cytochrome c H₂O CuB center