OXPHOS - Usos alternativos do gradiente eletroquímico protónico

Question 1

Usos alternativos do gradiente electroquímico protónico: Geração de calor

Answer 1

Dissipação de gradiente eletroquímico de H+ (gerado pelo transporte electrónico e desacoplado da síntese de ATP) –> calor

orgs multicelulares funcionam a T > Tamb! => maioria calor diretamente do funcionamento metabólico; extra absorvido pelo ambiente
se insuficiente: produzir calor => nos mits = desacoplar oxidação!

Desacoplamento para gerar calor:

1. Cadeia de transporte el. não leva ao bombeamento de H+. Ex: oxidase alternativa nas plantas, insensível ao CN- => calor para atrair insetos (volatilizar compostos orgs!)
2. ATP produzido é hidrolizado rapidamente de modo não produtivo.
   Ex: Actomiosina, ATPase no músculo esquelético de mamíferos (arrepios), ou ciclo fútil nos insetos
3. H+ podem passar membrana mit interna
   - Ex: Termogenina/ Proteína de desacoplamento (UCP1 - uncoupling protein) no tecido adiposo castanho (lípidos armazenados em peqs gotículas, mta irrigação sanguínea, mtos mits –>mtos cyt –> cor castanha) (animais que hibernam! + Recém Nascidos! Estimulo nervoso noradrenégico –> derivar consumo de O2 para o tecido –> produção de calor)
   - Ex: Abertura do poro de permeabilidade transitória mit (PTP, permeability transition pore) através da membrana mitocondrial

Question 2

Usos alternativos do gradiente electroquímico protónico: Geração de calor pelo oxidase alternativo nas plantas

Answer 2

Principal fonte de NADH mit nas plantas:
2 glicina + NAD+ –> serina + NADH + H+ + CO2 + NH4+
devem levar a cabo esta reacção mesmo quando não necessitam de ATP

Plantas têm:
Oxidase alternativo
NAD(P)H DH externo
+ NADH DH alternativo

Se: e- –> NADH DH alternativo –> oxidase alternativo –> O2
=> energia não é conservada, mas libertada sob forma de calor

Question 3

Usos alternativos do gradiente eletroquímico protónico: Geração de calor por desacopladores naturais

Answer 3

UCP1 = Uncoupling protein 1/ Thermogenin

• Papel na termogénese. Inibida por concentrações fisiológicas de nucleótidos de purina (ATP, ADP, GTP, GDP). Ativada por ácidos gordos livres.
• Presente em grande n nos mits do tecido adiposo castanho (BAT, brown adipose tissue) que existe em > n em animais que hibernam, recém-nascidos e animais adaptados ao frio

Question 4

Usos alternativos do gradiente eletroquímico protónico: Regulação da UCP1 por ácidos gordos

Answer 4

Termogénes em mit de BAT ativada pelos ácidos gordos

Controlo hormonal: [ácidos gordos] no tecido adiposo castanho controlada pela noradrenalina!!

1 - Noradrenalina (NAdr) liga-se ao receptor na superfície da membrana.

2. O complexo receptor-noradrenalina estimula a adenilato ciclase e provoca um aumento dos níveis de cAMP
3. cAMP liga-se e activa a cinase proteica dependente do cAMP (cPKA).
4. A cPKA fosforila o triaciloglicerol lipase sensível a hormonas –> activando-o
5. TAGs são hidrolisados formando-se ácidos gordos
6. Ácidos gordos sobrepoem-se ao bloqueio feito pelos nucleótidos de purina ao canal protónico formado pela UCP –> deixam entrar H+

During the final weeks of hibernation, norepinephrine
(noradrenaline) levels increase + activate UCP1 expression in brown adipose tissue at the base of the neck –> warms the blood traveling to the brain + signals the end of a long winter nap = nonshivering thermogenesis

Question 5

Fuga basal de protões

Answer 5

Mesmo em mits sem UCP

1. constitutiva, condutância protónica basal (Translocador de nucleótidos de adenina, ANT?)
2. regulada, condutância protónica indutível catalisada por proteínas desacopladoras (UCPs)

Fuga basal de H+ é responsável:
- Pela velocidade lenta de consumo de O2 no estado 4 em mits isolados

• Por ~20–30% do consumo de O2 em hepatócitos isolados; por 20-25% da velocidade metabólica basal em tecidos como o músculo esquelético

Razões para a existência da fuga basal:

• Para limitar o valor de deltap (já que tem relação não ohmica)
• Para limitar formação de ROS

Question 6

Relação entre a fuga basal de protões e a formação de ROS

Answer 6

• Isolated heart mit + succinate (state 4) –> alto deltapsi, produzem bastante o2.-

–>titulação com protonóforos: baixar deltapsi, aumento respiração –> baixar geração O2.- (detetado como H2O2 extramit) vs.

• Primary rat cerebellar granule neurons (células intactas) + glucose –> titulação com protonóforos: aumento O2.-! a partir de certa altura! Prob devido ao abaixamento de NADPH?

(ver esquemas)

Question 7

Usos alternativos do gradiente eletroquímico protónico: Sistemas de transporte

Answer 7

de iões e metabolitos

• uniporte Ca2+ (lado P –> N): usa deltapsi
• simporte lactose + H+ (P–>N): usa todo delta p
• antiporte ATP4- (N–>P) /ADP3-(P–>N): usa deltapsi
• antiporte Na+(N–>P)/H+ (P–>N) usa deltapH

Question 8

Usos alternativos do gradiente eletroquímico protónico: movimento bacteriano

Answer 8

turbinas protónicas usam força motriz eletroprotónica (H+ ejetados para fora entram de novo pela turbina) –> rotação dos flagelos