Bioquímica Básica
11.4 Controle respiratório
A estrutura de F determina a e ciência da fosforilação oxidativa (a razão P/O) O
Uma questão discutida desde 1950, e ainda não resolvida, refere-se ao número de H+ que devem atravessar a ATP sintase para acarretar a síntese de um ATP. A elucidação da estrutura de diferentes ATP sintases tem contribuído para resolver este problema.
Ao contrário do que era previsto para uma proteína bastante conservada como a ATP sintase, o número de subunidades do anel c é muito variável. Como cada subunidade c contém um grupamento envolvido nos eventos de protonação/desprotonação, o número de H+ translocados para ocorrer uma rotação de 360° é igual ao número de subunidades do anel c. A cada rotação de 360° do eixo central, três moléculas de ATP são formadas nos três sítios catalíticos das subunidades αβ em F + 1 . Deste modo, o número de H que devem ser translocados para a síntese de um ATP (razão H+/ATP) é igual ao número de subunidades c em F , dividido por três. Já foram descritos anéis O
c contendo de 8 a 15 subunidades, correspondendo a 2,7 até 5 H+ translocados por ATP. O significado da variação do “custo” energético da síntese de ATP é uma incógnita.
A ATP sintase de mitocôndrias de vertebrados contém 8 subunidades no anel c, equivalendo a 2,7 H+/ATP. O transporte de ADP e fosfato (Pi) para o interior da mitocôndria, combinado com a exportação do ATP sintetizado
(Seção 11.10), acrescenta 1 H+ao total necessário para disponibilizar ATP no citoplasma. Deste modo, a razão P/O para NADH e succinato seria 2,7 (10/3,7) e 1,6 (6/3,7) respectivamente, dados estes muito próximos aos valores de 2,5 e 1,5 indicados na Seção anterior.
11.4 Controle respiratório
As velocidades do transporte de elétrons e da síntese de ATP são reguladas
pela concentração de ADP
As necessidades celulares de ATP variam grandemente segundo o estado fisiológico. Durante a contração de músculos esqueléticos, por exemplo, a velocidade de utilização de ATP pode ser aumentada de 100 vezes em segundos. O ajuste da produção de ATP ao seu gasto é possível porque o transporte de elétrons e a síntese de ATP são processos intimamente acoplados, como tem sido reiterado ao longo deste capítulo. Isto é, só há oxidação de coenzimas (NADH e FADH 2) se houver síntese de ATP, e vice-versa. O mecanismo de coordenação das velocidades do transporte de elétrons e da síntese de ATP chama-se controle respiratório.
O controle respiratório foi originalmente definido como a estimulação do consumo de oxigênio (“respiração”) por mitocôndrias isoladas, exercida por adição de ADP, seguida do decréscimo de sua utilização, à medida que ADP era convertido em ATP. O controle respiratório é também denominado controle do aceptor, por ser o ADP o aceptor do fosfato.
Este fenômeno pode ser explicado pela hipótese quimiosmótica: a maior disponibilidade de ADP ativa a ATP sintase, resultando em diminuição do potencial eletroquímico graças à passagem de H+ através da enzima, de volta à matriz mitocondrial. Com um potencial de membrana menor, a energia livre liberada pelo transporte de elétrons é bastante para que mais prótons sejam bombeados para fora da mitocôndria, contragradiente. Quer dizer, as bombas de prótons (Complexos I, III e IV) são estimuladas e a cadeia de transporte de elétrons é, consequentemente, acelerada. Nas situações em que a célula realiza processos que consomem energia, transformando ATP em ADP, aumenta a síntese de ATP e a oxidação de coenzimas.
Quando o consumo de ATP é reduzido, a concentração de ADP é baixa e a translocação de prótons pela ATP sintase diminui, porque a entrada de H+ na enzima requer ADP. A magnitude do gradiente de H+ aumenta e a energia livre da oxidação de substratos na cadeia não é suficiente para bombear mais prótons contragradiente. Esta situação persiste até que a energia necessária para bombear prótons se iguala à energia liberada pelo transporte de elétrons que, então, para.
Ainda mais, a velocidade das vias que produzem coenzimas reduzidas (ciclo de Krebs, oxidação de ácidos graxos etc.) e dependem de sua oxidação pela cadeia de transporte de elétrons é também regulada pela disponibilidade de ADP.