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Fosforilação oxidativa e a cadeia transportadora de elétrons

Como a oxidação de co-enzimas como NADH pode levar à produção de ATP através da fosforilação oxidativa.

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Transcrição de vídeo

RKA9MB - Quando nós olhamos para a glicólise, para a conversão do piruvato em acetil-CoA e o seu posterior papel no ciclo de Krebs, nós estamos produzindo ATPs diretamente em alguns casos. Mas nós também estamos reduzindo muito NAD⁺ em NADH. E o NADH pode ser oxidado; e a energia liberada nesta oxidação pode ser usada para criar ATP. O NADH é o principal, mas outras coenzimas também estão envolvidas nisso, como é o caso da QH₂. E, neste vídeo, nós vamos falar exatamente sobre isso: como ocorre a produção de ATP pela oxidação destas coenzimas. Este processo é chamado de fosforilação oxidativa, e a principal coenzima envolvida aqui é o NADH. A oxidação do NADH vai produzir NAD⁺ mais 1 próton. Lembre-se de que oxidação é perder elétrons. Então, aqui, nós vamos colocar também 2 elétrons como produtos. Então, este é o processo de oxidação. E este processo de oxidação também envolve muita energia, porque, quando esses elétrons são apropriados por outra molécula, isso libera muita energia. Vamos colocar aqui a reação correspondente de redução. Então, 2 elétrons mais 2 prótons de hidrogênio... simplesmente prótons (ok?), porque é apenas um núcleo de próton... então, 2 prótons.... mais 1/2 oxigênio (isso aqui é uma reação balanceada), e nós teremos uma molécula de água como produto. O oxigênio é o receptor final dos elétrons. E ele tem muita afinidade por elétrons, então oxigênio reduzido. Se nós transferíssemos diretamente esses elétrons do NADH para o oxigênio, ele iria liberar muita energia, mas tanta energia que ela não seria armazenável; e, portanto, não poderia ser usada. Então, o processo de fosforilação oxidativa consiste, basicamente, em fazer isso em pequenos passos. Essa transferência de elétrons é feita de um receptor para outro. E cada vez que isso acontece é liberado um pouco de energia, e essa quantidade menor de energia pode realmente ser usada. Então, esses elétrons vão ser transferidos para uma cascata de receptores. Então, ele pode ir para uma coenzima aqui, em seguida para um citocromo C, e assim por diante, até eventualmente chegar neste ponto aqui em que os elétrons vão ser recebidos pelo oxigênio, formando, então, a água. Em cada passo deste caminho, energia está sendo liberada. E essa energia, como nós vamos ver em seguida, será usada para bombear prótons através de uma membrana, formando um gradiente, que vai direcionar a produção de ATP. Então, vamos fazer um esquema aqui de uma mitocôndria. Então, esta aqui é a mitocôndria, e vamos dizer que aqui é a membrana interna da mitocôndria. Essas circunvoluções nós chamamos de cristas. Então, esta aqui é a membrana externa e esta é a membrada interna. O espaço entre elas nós chamamos de espaço intermembrana. E o espaço que fica dentro da membrana interna é chamado de matriz. Este é o local onde ocorre a respiração celular, ou o ciclo de Krebs (vou fazer aqui um desenho de ciclo). Isso significa que a maior parte do NADH é produzido aqui. Não é só o NADH que produz ATP; não é a única coenzima que produz ATP, mas nós vamos focar nela porque é a que produz a maior quantidade. Então, se nós fizéssemos aqui uma aproximação deste pedaço da mitocôndria, nós veríamos uma bicamada fosfolipídica. Então, vamos desenhar aqui como ficaria o desenho desta bicamada. E é claro que este desenho não está em escala, ok? E nós temos enzimas que atravessam esta bicamada fosfolipídica. E são estas enzimas que facilitam a fosforilação oxidativa. E esta cadeia de enzimas é justamente o que nós chamamos de cadeia transportadora de elétrons. Claro que isso aqui é somente um esquema. Quando o NADH entra aqui na proteína, ele doa o elétron, passando para a forma oxidada que é o NAD⁺. E isso vai passando para a próxima proteína, e depois para a próxima. E, à medida que a energia vai sendo liberada, ela vai sendo usada para bombear hidrogênios da matriz mitocondrial, que seria este lado aqui, para o espaço intermembrana. Então, os prótons vão se acumulando aqui no espaço intermembrana, e a concentração de prótons vai aumentando. Agora, isto é acumular energia, isto é armazenar energia, ok? A parte aqui da matriz vai ter uma concentração mais baixa de prótons, e é essa energia que vai produzir ATPs. E a forma com que isso acontece... (deixe-me aumentar aqui um pouquinho a nossa bicamada fosfolipídica)... é usando uma proteína chamada ATP sintetase; que, na verdade, é um complexo proteico. E esta molécula atravessa esta bicamada fosfolipídica. Vou tentar desenhar aqui mais ou menos a configuração dela, e veja que ela atravessa de um lado para o outro, ela comunica a matriz com o espaço intermembrana. E o que acontece é que ela permite que esses prótons de hidrogênio vão aqui a favor do seu gradiente de concentração. Na medida em que eles fazem isso, eles causam aqui um giro na proteína (na medida em que eles vão para a matriz), e, quando esse eixo gira... isso aqui é feito de proteína, então são vários aminoácidos aqui (cadeia de aminoácidos, é uma coisa mais emaranhada) e aqui nós temos ATPs ligados a sítios aqui, nessas cadeias de proteína e fosfato, ok?... então, temos ADP e fosfato.... e, quando essa proteína rotaciona, o fosfato se liga ao ADP. E isso custa energia, formando, então, o ATP. Essa energia armazenada em forma de ATP. Bem, esta é uma representação mais acurada da ATP sintetase. Baseado neste diagrama, esta parte aqui (essa parte de cima aqui), essa região é o nosso espaço intermembrana, certo? Aqui seria, então, a nossa matriz. E esta membrana aqui seria nossa bicamada fosfolipídica. Nós poderíamos desenhar aqui para ficar mais fácil de perceber, ok? Bem, e os prótons ficam então acumulados neste espaço intermembrana, por causa da cadeia transportadora de elétrons. Então, eles voltam para a matriz a favor do seu gradiente de concentração, girando então esse eixo, e criando então os ATPs. O ADP mais o fósforo produzindo ATP. Bem, pessoal, então, em resumo, a oxidação do NADH para NAD⁺ produz uma cadeia transportadora de elétrons que bombeia os prótons para o espaço intermembrana, e, quando eles voltam, passando pela ATP sintetase, eles provocam a união do ADP com o fosfato. Produzindo, então, o ATP como produto final. Bem, pessoal, por hoje é só! Espero que vocês tenham gostado. E até o próximo vídeo!