Fosforilação Oxidativa Parte 1: Cadeia Transportadora de elétrons

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Fosforilação Oxidativa

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Glicose + 6O₂ 6CO₂ + 6 H₂O + Energia Lavoisier

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3

Charles Alexander MacMunn (1852–1911)

Miohematina Histohematina

Pigmentos respiratórios

em diversos tecidos do reino animal

1889, Hoppe-Seyler – pigmentos de MacMunn eram contaminantes derivados da hemoglobina …

Oxidado – Nenhuma banda de absorção de luz Reduzido – 4 bandas de absorção de luz

MacMunn associou este composto a respiracao.

A descoberta dos citocromos

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Padrão de absorção semelhante em diferentes organismos

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% c it o c ro m o r e d . N₂+ succinato Tempo (s) Rotenona ou Amital O2 b c₁ c a +d

Keilin observou que na presença de Oxigênio as faixas de absorção no espectro não surgiam ou desapareciam todas ao mesmo tempo

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%

c

it

o

c

ro

m

o

r

e

d

.

N

₂

+ succinato

Antimicina

O

₂ b c₁ c a +d Tempo (s)

Keilin observou que o aparecimento ou não das bandas eram afetados pela presença de inibidores metabólicos

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% c it o c ro m o r e d . N₂ + succinato cianeto ou CO O₂ a+d, c, c₁, b Tempo (s)

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9

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Como esses processos de oxidação estavam

acoplados ao armazenamento de energia para

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Belitser & Tsybakova (1939) interessados em investigar a síntese de ésteres de

fosfato realizaram o seguinte experimento em músculo de asa pombo

C o n tr o le -N₂ N 2 + p ir u v at o O₂+ piruvato O2

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Lehninger verificou que nucleotídeos de dihidro-difosfopiridina – DPNH₂ (atualmente NADH) aumentavam a formação de compostos esterificados como por exemplo ATP.

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Efeito do citocromo c na oxidação do DPNH₂

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Mitocondria está envolvida em muitos processos celulares

POWER = Redox-dependent ATP synthesis

SEX = Maternal-inherited mitochondria

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Mito (filamento) + chondron (granulos) = MITOCONDRIA

Aparência da mitocondria durante a espermatogênese

Carl Benda ( imagens em microscopia óptica)

Weitere Mitteilungen über die Mitochondria.

Archiv für Anatomie und Physiologie (Physiologische Abteilung): 376–383, 1899.

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George Palade (1953)

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Lynn Margulis (former Lynn Sagan)

On the origin of mitosing cells

Lynn Sagan

Department of Biology, Boston University Boston, Massachusetts, U.S.A.

Journal of Theoretical Biology, Volume 14, Issue 3, March 1967, Pages 225-274, IN1-IN6

Teoria endossimbiótica para a origem da mitocondria

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Evidence supporting the mitochondrial

endosymbiotic theory

Chloroplasts and Mitochondria contain their own DNA. The genetic code distinct from nucleus

Mitochondria has two phospholipid membranes, being the external more similar to eukaryotic plasma membrane and inner similar to bacterial membrane (phospholipids, cholesterol and proteins).

Mitochondrial ribosomes are similar to bacteria

Mitochondrial DNA is more suitable to mutations than the nuclear (higher evolution)

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Microscopia eletrônica de transmissão revela grande diversidade de formas e tamanhos das mitocondrias

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Ventricular cardiac mescle mitochondria with angular cristae

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Mitochondria distributed in skeletal muscle between sarcomeres

Mitochondria distributed in cardiac muscle between sarcomeres

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Genoma mitocondrial

DNA mitocondrial humano – possui 16569pb e codifica 13 proteínas da cadeia

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Identificação de todas as proteínas mitocondriais

1013 MitoCarta genes: evidence of mitochondrial protein localization and protein distribution across 14 tissues

Human

1098 MitoCarta genes: evidence of mitochondrial protein localization and protein distribution across 14 tissues

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2NADH 2NADH 6NADH 2FADH2 2GTP 2ATP Citoplasma Matriz mitocondrial

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Grupos prostéticos dos complexos da Cadeia Transportadora de elétrons – centros de oxi-redução

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Centros Ferro-enxofre Citocromos

Grupos prostéticos dos complexos da Cadeia Transportadora de elétrons – centros de oxi-redução

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Complexo I

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Complexo II

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Complexo III

Ubiquinona:citocromo c oxidoredutase

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Ciclo Q – acoplamento da transferência de elétrons da coenzima Q ao citocromo c com o transporte de prótons para o espaço intermembranas.

Q – Ubiquinona/ ºQ- _{- semi-Quinona/ QH}

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Complexo IV Citocromo oxidase

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A Cadeia Transportadora de Elétrons funciona em ordem crescente de potencial de redução

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12,4 kcal/mol

9,2 kcal/mol

24,8 kcal/mol

O transporte de elétrons é direcionado pelo potencial de redução

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Matriz Espaço intermembranas

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Supercomplexos mitocondriais: Complexo I + Complexo III Respirossomos

Vantagens:

• Canalização de elétrons diretamente para ubiquinona e citocromo C; • Fixação de intermediários reativos;