19.9: A Cadeia Transportadora de Elétrons

A cadeia de transporte de elétrons ou fosforilação oxidativa é um processo exotérmico no qual a energia livre liberada durante as reações de transferência de elétrons é acoplada à síntese de ATP. Este processo é uma fonte significativa de energia nas células aeróbicas e, portanto, os inibidores da cadeia de transporte de elétrons podem ser prejudiciais aos processos metabólicos da célula.

Inibidores da cadeia de transporte de elétrons

A rotenona, um pesticida amplamente utilizado, impede a transferência de elétrons do cluster Fe-S para a ubiquinona ou Q no complexo I, bloqueando o local de ligação Q. A inibição da função do complexo I resulta no aumento da produção de espécies reativas de oxigênio ou ROS. Essa produção de ROS induzida por rotenona pode ser prejudicial aos componentes mitocondriais, incluindo o DNA mitocondrial, e pode eventualmente levar à morte celular.

Outro inibidor competitivo da ubiquinona é a carboxina, um fungicida potente que interfere no local de ligação do Q no complexo II. A ligação da carboxina inibe a transferência de elétrons do FADH₂ para a ubiquinona, bloqueando assim a cadeia respiratória.

Certos antibióticos também são conhecidos por inibir os complexos da cadeia respiratória. Por exemplo, a antimicina A, um antibiótico produzido por espécies de Streptomyces, interfere no local de ligação da ubiquinona do complexo III, bloqueando assim o ciclo Q. A ausência do ciclo Q impede a transferência de elétrons entre as subunidades do complexo III, citocromo b e citocromo c, inibindo assim a cadeia de transporte de elétrons.

Às vezes, as toxinas geradas durante as atividades metabólicas da célula podem atuar como um inibidor da função mitocondrial. Por exemplo, o monóxido de carbono, um subproduto do catabolismo do heme, inibe o complexo IV competindo com o oxigênio pelos locais de ligação ao oxigênio. Isso leva ao acúmulo de elétrons no complexo III e resulta na geração de radicais superóxido.

A ATP sintase mitocondrial, ou complexo V, é inibida pela oligomicina, um antibiótico que se liga e inibe seu canal de prótons. Essa inibição impede o fluxo de prótons através da ATP sintase, impedindo assim o movimento rotativo do complexo necessário para a conversão catalítica de ADP em ATP.

Embora essas toxinas sejam potentes inibidores das funções respiratórias, elas também podem atuar como agentes valiosos no estudo de complexos individuais e na pesquisa cinética enzimática.