metabolismo energético

METABOLISMO ENERGÉTICO
RESPIRAÇÃO CELULAR
FERMENTAÇÃO
FOTOSSÍNTESE
QUIMIOSSÍNTESE
RESPIRAÇÃO CELULAR
• Processo de produção de energia a partir da
degradação completa de compostos orgânicos
energéticos (ex.: glicose) à compostos
inorgânicos (ex.: H2O e CO2).
– Com participação de oxigênio: Respiração Celular
Aeróbica
– Sem participação de oxigênio: Respiração Celular
Anaeróbica
RESPIRAÇÃO AERÓBICA
FASES:
1) ETAPA ANAERÓBICA:
• Não há dependência do oxigênio
• No citoplasma das células
• Etapa comum a fermentação
• De baixo rendimento energético
• Reação: Glicólise
• GLICÓLISE:
– Reações químicas catalisadas por enzimas livres no citosol, em que
uma molécula de glicose é quebrada em duas moléculas de ácido
pirúvico, com um saldo líquido de 2 ATP.
GLICÓLISE SIMPLIFICADA
• EQUAÇÃO QUÍMICA DA GLICÓLISE:
C6H1206 + 2ADP + 2Pi + 2NAD+  2 C3H4O3 + 2ATP + 2 NADH + 2H +
• RENDIMENTO DA GLICÓLISE:
– 2 moléculas de ácido pirúvico
– 2 moléculas de NADH
– 2 moléculas de ATP
• OBS.: NAD (nicotinamida adenina dinucleotídeo)
– O NAD+ atua captando elétrons de alta energia liberados
da degradação de moléculas orgânicas, e fornecendo-os,
em seguida, aos sistemas de síntese de ATP
– Pela capacidade de “aceitar” elétrons energizados e íons
H+ correspondentes, o NAD+ é denominado aceptor de
elétrons ou aceptor de hidrogênio.
2) ETAPA AERÓBICA
• Com participação e dependência de oxigênio
• De elevado rendimento energético
• O interior da mitocôndria
• Reações:
– Formação de acetil-CoA: na matriz mitocondrial
– Ciclo de Krebs ou ciclo do ácido cítrico: na matriz mitocondrial
– Fosforilação
oxidativa
(Cadeia
Respiratória
ou
Cadeia
transportadora de elétrons): na membrana mitocondrial interna.
– Obs.: em procariotos a formação do acetil e o ciclo de Krebs ocorrem
no citosol, já a fosforilação oxidativa ocorre na membrana.
Obs.: Origem mitocondrial por endossimbiose
• FORMAÇÃO DO ACETIL-CoA
• Rendimento: 1 NADH por ácido pirúvico, totalizando 2 NADH
por molécula de glicose que inicia o processo.
• OBS.: O acetil-CoA é o intermediário comum no metabolismo
aeróbio de glicídios, de lipídios e, eventualmente, de
proteínas. Isso quer dizer que essas substâncias só podem ser
usadas pela mitocôndria como fonte de energia depois de
transformadas em acetil-CoA.
RENDIMENTO DO CICLO DE KREBS:
• Por molécula de acetil-CoA que entra no ciclo:
– 3 NADH x 2 acetil-CoA = 6 NADH
– 1 FADH2 x 2 acetil-CoA = 2 FADH
– 1 ATP x 2 acetil-CoA = 2 ATP
RENDIMENTO APÓS GLICÓLISE, FORMAÇÃO DO ACETIL-CoA E CICLO DE KREBS
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
• A síntese da maior parte do ATP gerado na respiração
celular está acoplada à reoxidação das moléculas de NADH
e FADH2, que se transforma em NAD+ e FAD.
• A reoxidação do NADH e FADH2 envolve a ação de
complexos protéicos (citocromos e algumas proteínas
quinonas) presentes na membrana mitocôndrial interna e
cristas mitocondriais. A esses complexos dá-se o nome de
cadeia respiratória ou cadeia transportadora de elétrons.
FUNCIONAMENTO DA CADEIA RESPIRATÓRIA
Elétrons doados pelo NADH e FADH2 são captados pelas
proteínas transportadoras de elétrons com alto nível
energético, sendo conduzidos ao longo da cadeia, o que leva
à perda de seu conteúdo energético. A energia liberada será
usada para produção de ATP, e os elétrons “descarregados”
serão captados pelo gás oxigênio, reduzindo-o e levando a
formação de H2O.
FOSFORLAÇÃO OXIDATIVA
TEORIA QUIMIOSMÓTICA
• A energia liberada pelos elétrons durante sua
passagem pela cadeia respiratória é usada para
forçar a transferência de íons H+ para o espaço
intermembrana.
– Elétrons liberados pelo NADH: fornecem energia
suficiente para transportar 10 íons H+
– Elétrons liberados pelo FADH2: fornecem energia
suficiente para transportar 6 íons H+
• A energia liberada pelos elétrons com alta energia
obtidos de uma molécula de glicose em sua
passagem pela cadeia respiratória pode formar até
um máximo de 26 ou 28 moléculas de ATP
BALANÇO ENERGÉTICO DA RESPIRAÇÃO
AERÓBIA
BALANÇO ENERGÉTICO TRADICIONAL DA
RESPIRAÇÃO AERÓBIA
TEORIA QUIMIOSMÓTICA DE PRODUÇÃO DE ATP
• Condições para que ocorra a fosforilação oxidativa:
– Bombeamento de prótons pela cadeia respiratória, criando um
fluxo da matriz para o espaço intermembrana.
– Membrana mitocondrial interna impermeável a prótons e
íntegra.
• Eventos na membrana mitocondrial interna:
– A Cadeia Respiratória, ao transportar os elétrons, bombeia prótons
da matriz para o citosol;
– A membrana mitocondrial interna, por ser impermeável a prótons,
impede o retorno destes à matriz;
– Cria-se um GRADIENTE DUPLO - de pH e eletrostático - através da
membrana mitocondrial interna, que gera uma situação de alta
instabilidade e, por consequência, uma força que atrai os prótons de
volta (força próton-motriz)
– A força próton-motriz dirige o refluxo de prótons à matriz
mitocondrial através dos canais de prótons da SINTETASE DO ATP
– A passagem dos prótons pela SINTETASE DO ATP determina a síntese
do ATP.
FERMENTAÇÃO
FERMENTAÇÃO
• Processo de degradação parcial de moléculas
orgânicas com liberação de energia para
formação de ATP, em que o aceptor final de
elétrons e H+ é uma molécula orgânica.
• Local de ocorrência:
– Citosol
– Envolve apenas a reação de glicólise
• Tipos:
–Fermentação láctica
• Ex.: em bactérias, células musculares e
fungos
–Fermentação alcoólica
• Ex.: fungos (levedura) e bactérias
–Fermentação acética
• Ex.: acetobactérias
Fermentação láctica
• OCORRÊNCIA: principalmente bactérias, alguns fungos e células
do tecido muscular esquelético.
• IMPORTÂNCIA: produção de energia em células musculares
quando em condições de insuficiência de oxigênio; azedamento
do leite (produção de iogurte), produção de queijo.
OBS.: Consequências da fermentação láctica
nas células musculares:
– O excesso de ácido láctico pode se acumular nos
músculos esqueléticos, contribuindo para a fadiga
muscular e cãimbra.
– Gera intoxicação das fibras
• Destino do ácido láctico:
– É lançado no sangue e reabsorvido pelos
hepatócitos sendo reoxidado a ácido pirúvico.
– O acido pirúvico será utilizado no metabolismo
energético na mitocôndria ou reconvertido a
glicose (gliconeogênese).
Fermentação alcoólica
• OCORRÊNCIA: principalmente em bactérias e
leveduras (Saccharomyces cerevisiae)
• IMPORTÂNCIA: produção de bebidas alcoólicas
(vinho e cerveja) e na fabricação de pão.
Fermentação acética
• OCORRÊNCIA: bactérias denominadas acetobactérias
• IMPORTÂNCIA: utilizada na fabricação de vinagre e
responsável pelo azedamento do vinho e de sucos de
frutas.
FOTOSSÍNTESE
DEFINIÇÃO
• Fenômeno fisiológico característico de
organismos autotróficos responsável pela
formação de compostos orgânicos a partir de
compostos inorgânicos, usando para isso
energia luminosa.
REPRESENTAÇÃO
• Equação geral:
6 CO2 + 6 H2O  C6H12O6 + 6 O2
• Equação completa:
6 CO2 + 12 H2O  C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
OCORRÊNCIA
• Plantas
– nos cloroplastos
• Algas
– nos cloroplastos
• Certas bactérias
– Cianobactérias e proclorófitas
– Em sistemas membranosos presentes no
citoplasma
CLOROPLASTOS
PLASTOS
• São orgânulos citoplasmáticos encontrados
nas células de plantas e de algas, relacionados
ao armazenamento, à coloração e à
fotossíntese.
OBS.: PROPLASTOS
• Os plastos surgem, basicamente, a partir de
estruturas citoplasmáticas denominadas
proplastos, pequenas bolsas esféricas, com cerca
de 0,2 micrometros de diâmetro, delimitadas por
duas membranas.
• No interior dos proplastos existem DNA, enzimas
e ribossomos, mas não há tilacóides nem
clorofila.
• Os proplastos são capazes de se dividir e são
herdados de geração em geração celular, sendo
transmitidos pelos gametas.
TIPOS DE PLASTOS
ORIGEM ENDOSSIMBIÓTICA
ETAPAS DA FOTOSSÍNTESE
ETAPAS DA FOTOSSÍNTESE
A) ETAPA FOTOQUÍMICA
• Etapa em que há participação de luz
• Ocorrência: membrana tilacóide
• Envolve a participação dos pigmentos
fotossintetizantes presentes nos fotossistemas
• Reações:
– Fotólise da água
– Fotofosforilação ciclica
– Fotofosforilação acíclica
FOTOSSISTEMAS
• Representam as unidades fotossintetizantes,
formadas por moléculas de clorofila e outros
pigmentos acessórios, substâncias aceptoras
de elétrons e enzimas que se organizam nos
complexos antena e por um centro de reação
formado por um complexo proteína-pigmento.
TIPOS DE FOTOSSISTEMAS
• Fotossistema I
– Composto de clorofila a (P700)
– Absorve mais eficientemente o comprimento de
onda 700nm
• Fotossistema II
– Composto de clorofila a (P680)
– Absorve melhor o comprimento de onda 680nm
REAÇÕES
• Fotólise da água
– Quebra da molécula de água por ação da luz
• H+ : para o NADP • e- : para o para a clorofila a P700
FOTOFOSFORILAÇÃO
• Adição de fosfato ao ADP formando ATP em
presença de luz
• Pode ser cíclica ou acíclica
• Fotofosforilação cíclica
– Envolve apenas o fotossistema I
• Fotofosforilação acíclica
– Envolve os fotossistemas I e II
FOTOFOSFORILAÇÃO CÍCLICA
• O elétron que deixa a clorofila é o mesmo que retorna
• Tem por finalidade a produção de ATP, que será usado
na fase química da fotossíntese.
FOTOFOSFORILAÇÃO ACÍCLICA
• Os elétrons que deixam a clorofila não são os mesmos que
voltam.
• Forma ATP e NADPH que serão utilizados na etapa química
da fotossíntese.
B) ETAPA QUÍMICA
• Ocorre no estroma do cloroplasto
• Não depende da luz
• Depende da etapa fotoquímica
– Requer ATP
– Requer NADPH
• É a etapa de fixação do carbono
• Reação:
– Ciclo das pentoses ou ciclo de Calvin-Benson
• Representação
DESTINO DOS PRODUTOS
• Sair do cloroplasto para formar sacarose no
citosol
• Uso na respiração
• Converter a outras substâncias orgânicas
– Aminoácidos, lipídios, celulose
• Formar amido para armazenamento
FATORES LIMITANTES DA FOTOSSÍNTESE
1) INFLUÊNCIA DA LUZ
PONTO DE SATURAÇÃO LUMINOSA
PONTO DE COMPENSAÇÃO LUMINOSA
2) INFLUÊNCIA DO GÁS CARBÔNICO
• CONCENTRAÇÃO DE CO2 NA ATMOSFERA: 0,03%
• Aumentando a concentração de CO2 a velocidade da
fotossíntese aumenta até que a luz ou outros fatores passem a
ser limitantes.
3) INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA
AUMENTO DA TEMPERATURA: acelera as reações da fase escura mas
interfere pouco na fase clara, que depene apenas de energia luminosa.
PLANTA POUCO ILUMINADA: elevação da temperatura terá pouco
efeito (pouco NADPH e ATP).
PLANTA MUITO ILUMINADA: elevação da temperatura provoca
aumento significativo na velocidade (muito NADPH e muito ATP).
QUIMIOSSÍNTESE
• Utiliza energia liberada por reações oxidativas
de substâncias inorgânicas simples para
produção de matéria orgânica
– Ex.: hidrogênio, amônia, nitrito, nitrato, ferro,
manganês.
• Realizada por algumas bactérias
• Exemplos:
– Ferrobactérias:
– Nitrobactérias: