O início é a condensação do oxaloacetato com o AcetilCoA, formando citrato. O citrato, pela ação da aconilase, é convertido a isocitrato.
O isocitrato é oxidado a alfacetoglutarato (isocitrato desidrogenase), ocorrendo a redução de NAD+ a NADH + H+ e a perda de um CO2. Com a alfacetoglutarato desidrogenase, o alfacetoglutarato vira succinil CoA pela adição da coenzima CoA, redução de NAD+ e perda de mais um CO2.
Na conversão de succinil CoA a succinato (succinilCOA sintetase) há síntese de NTP (pode ser ATP ou GTP), com liberação de um HS-CoA.
O succinato é oxidado a fumarato pela succinato desidrogenase, com redução do FADH2 a FAD+. O fumarato, pela ação da fumarase, é hidratado, formando malato, o qual é oxidado a oxaloacetato, pela malato desidrogenase, e o ciclo recomeça.
A maioria das reações são reversíveis, mas o sentido do ciclo é sempre o mesmo em função das reações catalisadas pelas enzimas citrato sintase e alfacetoglutarato desidrogenase.
A equação geral do CK é:
Acetil CoA + 3NAD+ + FAD + ADP(GDP) + fosfato + 2H2O -> 2CO2 + 3NADH + 2H+ -> FADH2 + ATP (GTP) + HS-CoA
Apesar de ser formado somente 1ATP/GTP, é o CK que possui maior contribuição na síntese de energia, pois a energia é conservada sob a forma de coenzimas (NADH e FADH2). A oxidação das coenzimas ocorre na cadeia oxidativa, ou seja, o CK não funciona em condições anaeróbias.
O CK não é tão difícil neh? A cadeia de transporte é um pouquinho mais...
Capítulo 11: Cadeia de Transporte de Elétrons e Fosforilação Oxidativa
Como já dito, a maior parte da energia fica armazenada na forma de coenzimas reduzidas. Essas devem ser reoxidadas para que voltem a participar do processo (lembram? sua quantidade nas células é limitada) e para que a energia armazenada possa ser utilizada na produção de ATP.
A oxidação das coenzimas é feita pela transferência dos elétrons para o oxigênio, o qual se liga ao H+, formando água. Esse processo simples libera grande quantidade de energia por causa da diferença de potenciais de redução entre a coenzima e o oxigênio.
A energia tem que ser transformada em um gradiente de H+, pois se fosse passada diretamente ao oxigênio, seria perdida na forma de calor.
Como nesse processo também há gasto de energia, esta é conseguida pelo transporte de H+ das coenzimas para o oxigênio, através de compostos organizados.
1. Cadeia de Transporte de Elétrons
A oxidação ocorre na membrana interna da mitocôndria e os trasportadores de elétrons estão agrupados em quatro complexos que a atravessam. Além deles há dois componentes móveis (CoQ e citocromo c).
Acompanhe essa explicação olhando a figura.
Dois elétrons do NADH são transferidos ao complexo I e deste para o Q, o qual os transporta até o complexo III e entrega ao citocromo c. No complexo IV, o elétron é transferido ao oxigênio.
Os elétrons do succinato e outros substratos são transferidos no complexo II e, em seguida, ao Q, que continua o processo.
Essas transferências somente são possíveis porque os complexos C e citocromo c podem estar tanto na forma reduzida quanto na oxidada.
O Complexo I (NADH ubiquitinona óxido-redutase) possui um formato de "L". O braço voltado à matriz mitocondrial está associada a uma molécula de FMN, a qual recebe elétrons do doador (NADH).
NADH + H+ + FMN -> NAD+ + FMNH2
Com essa reação, o NADH é oxidado e ocorre a entrada de elétrons na membrana interna da mitocôndria, que só sairão no final da cadeia, quando forem doados aos oxigênio.
Os elétrons do FMNH2 são transferidos para centros de Fe-S e entregues à coenzima Q, convertida em CQH2 com o gasto de dois H+.
Como os transportadores de elétrons e prótons e só de elétrons estão alternados, os prótons são excluídos, sendo transferidos ao espaço intermembranas.
O Complexo III tem dois sítios catalíticos: um para a oxidação de QH2 (fora da membrana) e outro para a redução de Q (dentro). Quando a QH2 é oxidada, dois H+ são liberados no espaço intermembranas e quando é reduzida, esses são tirados da matriz. Na oxidação, cada elétron percorre um caminho: um é transferido para o centro Fe-S, indo ao citocromo c; e o outro é transferido ao citocromo b, indo ao Q.
O Complexo IV catalisa a passagem de elétrons do citocromo c ao oxigênio, com a formação de água. Neste complexo, há dois hemes e três cobres que se localizam próximo ao centro ativo onde o oxigênio é reduzido a água.
Para que a redução ocorra, são retirados prótons da matriz e bombeados quatro H+ para a intermembrana.
A redução ocorre parcialmente, por adição de um elétron por vez, gerando radicais livres. Nesta reação não há liberação dos oxigênio parcialmente reduzidos, porque os intermediários permanecem firmemente ligados ao centro ativo da enzima.
Um vídeo que mostra o funcionamento da Cadeia de Transporte de Elétrons:
Fonte: Biocistron
2. Fosforilação
De acordo com a hipótese quimiosmática, a energia de transporte de elétrons é utilizada para bombeam prótons através da membrana interna (impermeável ao H+) para a externa, sendo que o transporte ocorre contra o gradiente.
O retorno do H+ à membrana externa é um processo espontâneo, mas como a membrana interna é impermeável, o H+ só pode passar por um local: ATP sintase.
São necessários 4H+ para formar um ATP.
1NADH = 3ATP
1FAH2 = 2ATP
A ATP sintase possui um fator de acoplamento, com microesferas e hastes, e a Fo, a qual permanece embebida na membrana.
Os H+ acessam a membrana pelo canal de entrada, ligam-se às subunidades c, provocando a sua rotação, e, após um giro completo, são liberados no citoplasma através do canal de saída de prótons. A rotação de c causa mudanças conformacionais de sítios catalíticos necessárias à síntese de ATP.
Video de animação do funcionamento da ATP sintase:
Fonte: Biocistron
(ps. Viva a tecnologia! Viva o Youtube!)
3. Acoplamento do transporte de elétrons à síntese de ATP
Só há oxidação de coenzimas se houver síntese de ATP.
A velocidade do transporte de elétrons e síntese de ATP são coordenadas pelo controle respiratório.
Quanto maior a concentração de ADP, mais a ATP sintase é estimulada, pois a diminuição do gradiente eletroquímico pela passagem de H+ para a matriz, estimula as bombas de H+ da cadeia.
Quando o consumo de ATP é reduzido (repouso), a concentração de ADP é baixa. O transporte pela ATP sintase diminui porque a passagem de H+ depende de ADP. Quando o gradiente de H+ aumenta, interrompe a cadeia, pois a energia liberada pelo transporte de elétrons é igual à energia necessária para bombear, então o transporte para.
Existem algumas drogas que atuam especificamente nos complexos da cadeia, impedindo ou aumentando o prosseguimento da transferência de elétrons.
O resultado é o mesmo para todos os complexos: um transportador reduzido é incapaz de passar adiante seus elétrons, sendo também incapaz de receber o antecedente, portanto, todos os componente estarão reduzidos e a cadeia pára, no caso dos inibidores. Sem transporte não há formação de gradiente de H+ e, consequentemente, não há síntese de ATP.
O DNP (dinitrofenol), por exemplo, consegue atravessar a membrana, associando-se aos H+ do espaço intermembranas. A energia que seria usada na síntese de ATP é perdida na forma de calor. Era usado como emagrecedor, pois acelera a oxidação das coenzimas sem que haja síntese de ATP, o que torna a degradação de lipídeos mais acelerada.
4. Rendimento da oxidação da glicose
Como foi dito, a oxidação sintetiza 38 ATPs!
Glicose a piruvato tem rendimento de 2 NADH + 2ATP
Piruvato a acetilCoA, 2 NADH
AcetilCoA e fim do ciclo de Krebs, 6 NADH + 2 FADH2 + 2ATP
Na cadeia e fosforilação, 34 ATP
Lembrando:
São gastos dois ATPs na glicólise;
Faça as contas! ;)
A equação geral da oxidação:
Glicose + 6O2 + 38ADP + 38 fosfatos -> 6CO2 + 6H2O + 38ATP
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