viasalternativascontroldarespiracaopentosefosfato - cópia

Vias alternativas,

controle da respiração e

via das pentose fosfato

Respiração

Respiração Glicólise

Oxidação do

piruvato

Ciclo de

Krebs

Cadeia

respiratória

Fosforilação

oxidativa

Citosol

Mitocôndrias

Respiração acoplamento

CTE

Inibidores

da CTE

mitocondrial

Respiração

Respiração Cadeia respiratória (transporte de elétrons)

Vias alternativas

Razões ADP/O (teórica e experimental) ao utilizar

mitocôndrias isoladas

Substrato

Razão ADP/O

Teórica* Experimental

Malato 2,5 2,4-2,7

Succinato 1,5 1,6-1,8

NADH externo 1,5 1,6-1,8

*- Considera-se que os complexos I, III e IV bombeiam, respectivamente,

4, 4 e 2 H+ por 2 elétrons (1 NADH), que o custo para a síntese e

exportação de 1 ATP é de 4 prótons e que as vias alternativas não estão

atuantes.

Respiração

Respiração

Respiração

Respiração

Matriz

Membrana

interna

Espaço

intermembranas

Desidrogenases NAD(P)H insensíveis à Rotenona

Complexo I

NADH

gerado no

citosol tem

menor

rendimento

energético

Vias alternativas para oxidação do NAD(P)H

Respiração NADH gerado no citosol tem menor rendimento energético

Respiração

Mecanismos dissipadores de energia

Oxidase alternativa (OxAlt, resistente a cianeto)

Proteína desacopladora (UCP)

Respiração

Oxidase alternativa

Acoplamento da transferência de elétrons com a síntese de ATP na

mitocôndria. A adição de apenas ADP e Pi resulta em um pequeno ou

nenhum aumento tanto da respiração (consumo de O2, em preto) como da

síntese de ATP (em vermelho). Quando o succinato é adicionado, a

respiração começa imediatamente e o ATP é sintetizado. A adição de

cianeto (CN-), que bloqueia a transferência de elétrons entre a citocromo

oxidase e o O2 e inibe tanto a respiração quanto a síntese de ATP.

Respiração

Respiração Oxidase alternativa

Espádice

•Termogênese

•Controle da produção de ATP em função da demanda celular

•Gerar ADP

•Resposta a estresses

lírio vudu (Sauromatum guttatum)

Termogênese em Aráceas

Sauromatum guttatum

Aumento da temperatura em até 15ºC

acima da temperatura ambiente

Flores masculinas

Espádice inferior

Flores femininas

Bráctea

Espádice superior

Volatização de compostos aromáticos

Atração de insetos polinizadores

Respiração Oxidase alternativa

Relação entre a taxa de consumo de oxigênio e a temperatura da

espádice de Symplocarpus foetidus. O pico respiratório (consumo de

oxigênio; seta vermelha) ocorre e uma temperatura da espádice e do

ambiente pouco acima de 5°C (www.plantphys.net; Cap.11, Ensaio 11.4)

Respiração Oxidase alternativa

Regulação da velocidade de respiração por ADP, durante a

oxidação de succinato, em mitocôndrias isoladas de plantas.

Respiração Proteína desacopladora

Acoplamento da transferência de elétrons com a síntese de ATP na

mitocôndria. A adição de inibidores da ATP sintase, bloqueia tanto a

síntese de ATP quanto a respiração. O dinitrofenol (DNP) é um

desacoplador e permite que a respiração continue sem a síntese de ATP.

Respiração Proteína desacopladora

Respiração Proteína desacopladora

Dois exemplos de desacopladores artificiais clássicos

Respiração Proteína desacopladora

Efeito da adição de ADP sobre a velocidade de consumo de oxigênio em

mitocôndrias isoladas e o impacto da adição de um desacoplador ao

meio de incubação

Respiração Proteína desacopladora

Atuação da proteína

desacopladora (UcP) como

dissipadora do gradiente

eletroquímico de prótons, com

função termogênica nos

vertebrados

Respiração

Proteína desacopladora

Respiração

Descoberta da proteína desacopladora

em mitocôndrias de plantas

• Observação de similaridades entre mitocôndrias de plantas e de tecido adiposo marrom de vertebrados

• Tentativas de isolamento de proteína vegetal (PUMP)

semelhante à UCP, a partir de mitocôndrias de batata

• Identificação do gene da PUMP em batata (StUCP)

• Análise de expressão do gene da PUMP em diferentes órgãos de plantas de batata

• Verificação de que a expressão desse gene é induzida pelo frio

Respiração

Possível papel termogênico (pouco provável ?)

Genes de UCPs de plantas, em geral, têm expressão aumentada pelo frio

Envolvimento da UCP nos processos de maturação de frutos climatéricos (em associação com AOX)

Possível relação com proteção contra estresse oxidativo

Participação nos processos de desenvolvimento vegetal

Possíveis funções fisiológicas da UcP em

plantas

Respiração Qual seria o papel dos sistemas dissipadores de

energia em plantas?

Produção de intermediários metabólicos quando a [ATP]

Regeneração de NAD+ quando a CTE estiver “saturada”

Produção de calor

Mecanismo antioxidativo (evitar producão radicais livres)

Respiração em frutos climatéricos

Respiração Glicólise

Oxidação do

piruvato

Ciclo de

Krebs

Cadeia

respiratória

Fosforilação

oxidativa

Regulação

Regulação da glicólise

Respiração

Regulação da glicólise

Respiração

Regulação da

oxidação do

piruvato

Respiração

Regulação da

oxidação do

piruvato

Respiração

Reação de descarboxilação oxidativa do piruvato

Regulação da

oxidação do

piruvato

Respiração

Efeito na Atividade da PDH

ATIVADOR

Mecanismo

Piruvato Inibe Cinase

ADP Inibe Cinase

Mg2+ Estimula Fosfatase

ATP

INATIVADOR

Ativa Cinase

NADH

Acetil CoA

NH4+

Inibe PDH

Estimula Cinase

Inibe PDH

Estimula Cinase

Inibe PDH

Estimula Cinase

Regulação Metabólica da Atividade da

Desidrogenase do Piruvato

Respiração

1) Sinais de fome: Pi, AMP, ADP,

potencial de membrana baixo

2) Sinais de fartura: ATP, PEP, NADH,

potencial de membrana elevado

Conseqüência:

Estímulo à respiração, estímulo

à síntese de ATP

Consequências:

Inibição da respiração, inibição

da síntese de ATP e NADH

Regulação do ciclo de Krebs

Respiração

Controle “de baixo para cima”

(bottom up)

[PEP]/[Pi] – fosfofrutoquinase

Intermediários do CAT

Piruvato cinase

ATP-Fosfofrutocinase

PPi-Fosfofrutocinase

Piruvato desidrogenase

Respiração

A rota das pentoses-fosfato é uma alternativa da via glicolítica que

consiste de reações oxidativas, nas quais glicose-6-fosfato (hexose-P) é

convertida em ribulose-5-fosfato (pentose-P), com perda de CO2 e a

geração de NADPH e intermediários metabólicos (eritrose-4-fosfato,

ribose-5-fosfato).

Respiração

Respiração

Respiração

Respiração

Suprimento de NADPH

(biossíntese e respiração)

Suprimento de substratos para biossíntese

Intermédiários

Respiração

Etapa oxidativa

irreversível

Etapas não-oxidativa

reversível

3x

3x

3x

Respiração

Respiração

Respiração

3x

3x

3x

Produtos Intermediários

Respiração

Hexose fosfato isomerase

Triose-fosfato

isomerase

Diidroxiacetona fosfato

Frutose-1,6-bisfosfato

Frutose-6-fosfato

Aldolase

Frutose-1,6

-bisfosfatase

Hexose fosfato

isomerase

Regeneração

da

Glicose-6-

fosfato

Respiração

Equação geral – pentoses fosfato

1 G6P + 12 NADP+ 6 CO2 + 12 NADPH

6 G6P + 12 NADP+

6 CO2 + 12 NADPH + 5 F6P

Respiração

Importância Geral

a -Geração de

intermediários utilizados

em outras vias

biossintéticas

Parede

celular

Respiração

Importância Geral

b - Geração de poder

redutor na forma de

NADPH

Fonte de elétrons

para NAD(P)H

desidrogenase

mitocondrial externa

Outras reações

biossintéticas....

Onde o

NADPH é

utilizado?

Importância Geral

Respiração Funções da rota oxidativa das pentoses-P

Produção de NADPH para reações biossintéticascitosol

Fonte de elétrons para NAD(P)H mitocondriais externos

Produção de ribose-5-P Ribose e desoxirribose

Produção de eritrose-4-P Compostos fenólicos,

aminoácidos aromáticos,

lignina

Produção de intermediários do Ciclo de Calvin no

início de enverdecimento

Produção alternativa de intermediários da via glicolítica

Produção de ribulose-5-P Ribulose 1,5-bisfosfato