Conceito de Cadeia Transportadora de
Eletrões
Na cadeia
transportadora de eletrões, a energia livre obtida da
transferência de eletrões do dinucleótido de nicotinamida e adenina
(NADH) e do dinucleótido de flavina e adenina (FADH2)
para o O2, através de centros redox
ligados a proteínas, está diretamente ligada à síntese de
trifosfato de adenosina (ATP).
A termodinâmica do
transporte de eletrões
Pode-se estimar a
eficiência termodinâmica do transporte de eletrões através do
conhecimento dos potenciais padrão de redução. Nas reações
oxidação-redução, a afinidade de um substrato oxidado para um eletrão
aumenta com o seu potencial padrão de redução, E0’.
A diferença do potencial padrão de redução, ΔE0’,
para uma reação redox envolvendo duas meias reações é expresso
por:
ΔE0’ = E0’(aceitador
e-) - E0’(dador e-)
A oxidação do
NADH é altamente exergónica:
As meias reações para
oxidação do NADH são:
NAD+ + H+
+ 2e-
↔ NADH
E0’ = -0.315 V
½ O2 + 2H+
+ 2e-
↔ H2O
E0’ = 0.815 V
Uma vez que a meia
reação O2/H2O tem um maior potencial padrão de
redução e, portanto, uma maior afinidade para um eletrão,
a meia reação do NADH realiza-se no sentido inverso, fazendo com
o que o NADH seja o dador de eletrões e o O2
o aceitador. A reação geral é:
½ O2 + NADH
+ H+
↔ H2O
+ NAD+
Fazendo com que:
ΔE0’ =
0.815 - (-0.315) = 1.130 V
A variação de
energia padrão pode ser calculada por:
ΔG0’ =
-nFΔE0’
Onde o F, a
constante de Faraday, é 96485 C.mol-1 de
eletrões e o n é o número de eletrões transferidos por
mol de reagente. Assim, e uma vez que 1 V = 1 J.C-1, a
oxidação de 1 mol de NADH pelo O2, sobre
condições bioquímicas padrão, está associada à libertação de
218 kJ de energia livre.
O transporte de eletrões é termodinamicamente
eficiente:
A energia livre
padrão necessária para a síntese de 1 mol de ATP a partir de
ADP + Pi é 30.5 kJ. A energia livre padrão
de oxidação do NADH pelo O2, se acoplada à
síntese de ATP, é, portanto, suficiente para conduzir a
formação de várias moléculas de ATP. Este acoplamento é
conseguido através de uma cadeia transportadora de eletrões em
que os eletrões são transportados através de três
complexos proteicos que contêm centros redox com uma
afinidade para os eletrões que vai aumentando ao longo
da cadeia, em vez de os eletrões se ligarem diretamente ao
O2. Isto permite que haja a produção de ATP
a partir de um processo chamado de fosforilação oxidativa.
Portanto, a oxidação de 1 NADH resulta na síntese de
aproximadamente 3 moléculas de ATP. A oxidação de 1 FADH2,
em que o seu contributo é regulado por um quarto complexo proteico,
traduz na síntese de aproximadamente 2 moléculas de ATP. A
eficiência termodinâmica da fosforilação oxidativa é de
42% sob condições bioquímicas padrão. No entanto, sob
condições fisiológicas, a eficiência termodinâmica pode chegar
aos 70%, bem maior do que a eficiência de um motor
automóvel que ronda os 30%.
A sequência do
transporte de eletrões
A energia livre
necessária para a produção de ATP é extraída a partir da
oxidação do NADH e FADH2 pela cadeia
transportadora de eletrões, que se apresenta como uma série de
quatro complexos proteicos através dos quais os eletrões são
transportados do potencial padrão de redução mais baixo para o
mais elevado. Os eletrões são transportados do Complexo I
e II para o Complexo III pela coenzima Q (também
denominada de CoQ ou ubiquinona), e do Complexo III
para o Complexo IV pelo citocromo c,
O complexo I
catalisa a oxidação do NADH pela CoQ:
NADH + CoQ (oxidada) à
NAD+ + CoQ (reduzida)
ΔE0’ =
0.360 V
ΔG0’= -69.5
kJ.mol-1
O complexo III
catalisa a oxidação da CoQ (reduzida) pelo citocromo c:
CoQ (reduzida) + 2
citocromo c (oxidado) à CoQ (oxidado) + 2 citocromo c (reduzido)
ΔE0’ =
0.190 V
ΔG0’= -36.7
kJ.mol-1
O complexo IV
catalisa a oxidação do citocromo c (reduzido) pelo O2,
o aceitador final de eletrões da cadeia transportadora:
2 citocromo c
(reduzido) + 1/2O2 à 2citocromo c (oxidado) + H2O
ΔE0’ =
0.580 V
ΔG0’= -112
kJ.mol-1
A variação do
potencial padrão de redução dos eletrões à medida que
passam do complexo I, III e IV corresponde, a cada
estágio, a uma energia livre suficiente para promover a
síntese de moléculas de ATP.
O complexo II
catalisa a oxidação do FADH2 pela CoQ:
FADH2 + CoQ
(oxidada) à FAD + CoQ (reduzida)
ΔE0’ =
0.085 V
ΔG0’= -16.4
kJ.mol-1
Esta última reação
não liberta a energia livre suficiente para
sintetizar ATP; somente injeta, na cadeia transportadora,
eletrões provenientes do FADH2.
Outros assuntos
relacionados:
- Fosforilação
oxidativa
- Oxidorredutase da
NADH-Q (Complexo I)
- Oxidorredutase da
Coenzima Q (Complexo II)
- Complexo do
citocromo bc1 (Complexo III)
- Oxidase do citocromo
c (Complexo IV)
- Sintase do ATP
(Complexo V)
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