Mapa metabólico sobre ritmos circadianos

Cartoon sobre alterações climáticas

Proteínas desacopladoras

As proteínas desacopladoras (do inglês UCP, uncoupling protein) são proteínas que, como o próprio nome indica, vão desacoplar, ou seja, separar dois processos que, em condições normais ocorrem associados um ao outro. Estou a falar do transporte de eletrões ao longo da cadeia respiratória mitocondrial, e a síntese de ATP. O que se passa é que, em condições normais, se um dos processos parar, o outro também para. As UCP servem para que um processo possa ocorrer mesmo na ausência do outro. Basicamente são proteínas da membrana interna da mitocôndria que vão permitir que os H+ acumulados no espaço intermembranar regressem à matriz sem atravessarem a ATP sintase. 

Ou seja, vai continuar a existir transporte de eletrões na cadeia respiratória, mas este processo já não vai estar exclusivamente dependente da síntese de ATP. Quanto às diferentes isoformas, a UCP1, também designada de termogenina, serve para produzir calor no tecido adiposo castanho, contribuindo assim para a manutenção do calor corporal de recém-nascidos e de animais que hibernam, por exemplo. A UCP2 é uma proteína  envolvida essencialmente na produção de calor no músculo; no entanto, artigos científicos recentes têm sugerido que esta proteína pode também ser importante para regular os níveis de espécies reativas de oxigénio na mitocôndria. A UCP3 ainda não está tão bem caracterizada, mas pensa-se que pode estar relacionada com a regulação dos níveis de espécies reativas de oxigénio no músculo esquelético e no músculo cardíaco.

Porta-chaves com o código genétco

Tatuagem - Evolução

Vídeo sobre a ATP sintase

Respiração celular - Complexo IV

O complexo IV é o último complexo da cadeia respiratória mitocondrial, sendo designado de citocromo c oxidase. 

É um complexo grande, transmembranar, que tal como os restantes complexos está localizado na membrana interna da mitocôndria. A sua função é aceitar os eletrões provenientes das moléculas de citocromo c, e transferi-los até ao seu aceitador final, o oxigénio molecular. Dessa forma, o oxigénio é convertido em água, pois além de ser reduzido vai captar H+.

Estruturalmente, o complexo IV apresenta 14 subunidades (cerca de 204 kDa), de entre as quais há a destacar várias proteínas com cofatores metálicos. Em concreto, podemos referir a existência de 2 citocromos com grupos heme (citocromos a e a3), e dois centros contendo cobre (CuA e CuB). O citocromo a3 e o centro CuB formam em conjunto o local de redução do oxigénio. Das 14 subunidades, apenas 3 são codificadas pelo DNA mitocondrial.

Tal como acontece com o complexo I e o complexo III, o complexo IV também efetua o bombeamento de protões da matriz para o espaço intermembranar. No entanto, neste caso por cada 2 eletrões que o atravessam vai ocorrer o transporte de apenas 2 H+ para o espaço intermembranar. Já agora, aqui fica uma dica que eu costumo dar aos meus alunos, para não se enganarem na quantidade de H+ que é bombeada durante o funcionamento da cadeia respiratória. Este truque só funciona se perceberem um bocado de futebol. Pensem que a tática é 4-4-2, pois o transporte de H+ dá-se exatamente dessa forma: 4 no complexo I, 4 no complexo III e 2 no complexo IV! :)

Existem várias patologias associadas a mutações nos genes que codificam para os componentes do complexo IV, sendo que normalmente se traduzem por consequências muito graves para os indivíduos (são as patologias mitocondriais mais graves que estão descritas). Como exemplos temos a síndrome de Leigh, surdez sensorineural, leucodistrofias, etc. São doenças que se tendem a manifestar durante as primeiras fases da vida e comprometem principalmente o funcionamento de órgãos como o cérebro ou o coração. A explicação para esta situação é simples, pois estamos a falar de falhas no funcionamento da principal fonte de ATP na maior parte das nossas células. Portanto, órgãos com necessidades energéticas elevadas serão potencialmente os mais afetados.

Mapa metabólico sobre a proteção cardíaca contra espécies reativas de oxigénio

Cartoon sobre ciência vs. religião

Respiração celular - Complexo III

O complexo III da cadeia respiratória mitocondrial é designado de complexo bc1, ou ubiquinona:citocromo c oxidorredutase. A sua função é receber os eletrões provenientes da ubiquinona e transferi-los para o citocromo c. Na realidade, o complexo III vai aceitar eletrões provenientes de 2 moléculas de ubiquinona reduzida (ubiquinol), o que equivale a dizer que vai aceitar 4 eletrões. No entanto, uma dessas moléculas de ubiquinona (agora oxidada) vai voltar a receber 2 eletrões. Portanto, apesar de receber 4 eletrões, só 2 é que serão transportados através deste complexo. Este processo é muitas vezes designado de ciclo-Q (pois a ubiquinona é também chamada de coenzima Q).

O citocromo c é uma proteína pequena e hidrossolúvel, presente no espaço intermembranar. Tem como principal função receber os eletrões do complexo III e transferi-los para o complexo IV, ou seja, não faz parte de nenhum complexo da cadeia respiratória em particular. Tem uma característica muito importante, que é o facto de só poder aceitar 1 eletrão, o que significa que para o complexo III exercer a sua função precisa de transferir os 2 eletrões de uma molécula de ubiquinona (que como está reduzida se designa ubiquinol) para duas moléculas de citocromo c. Esta característica vai ter implicações óbvias ao nível da formação de espécies reativas de oxigénio, mas irei deixar esse assunto para um post futuro…
Do ponto de vista estrutural, o complexo III apresenta uma estrutura dimérica, com dois monómeros compostos por pelo menos 11 subunidades. Destas, 3 de cada um dos monómeros têm um papel direto na transferência dos eletrões ao longo do complexo. De entre todas as subunidades, há a destacar a presença do citocromo b e da proteína Rieske, que apresenta um centro Fe-S, mais concretamente, 2Fe-2S.

Tal como acontece com o complexo I (e com o IV, conforme irei desenvolver noutro post), há medida que os eletrões atravessam o complexo III, vai-se libertando energia, sendo que essa energia é utilizada para transportar ativamente iões H+ da matriz para o espaço intermembranar, criando um gradiente eletroquímico, que, posteriormente, estará envolvido na síntese de ATP. Neste caso, por cada 2 eletrões que atravessam o complexo III, são bombeados 4H+ para o espaço intermembranar.
O complexo III é inibido, por exemplo, por antimicina A. Quando se encontra inibido, pode levar à libertação de eletrões que podem reduzir o oxigénio molecular, formando anião superóxido. Portanto, além das potenciais consequências graves resultantes da inibição da cadeia respiratória, também pode ocorrer stress oxidativo.
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