Slide 1 - Web Aula

FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
Conteúdo Programático desta aula
• Etapas da respiração celular:
glicólise,
ciclo
de
cadeia
respiratória
Krebs,
e
fosforilação oxidativa;
• Respiração celular: aeróbia X
anaeróbia (fermentação).
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
RESPIRAÇÃO CELULAR
É o processo de conversão ou “extração” da energia das
ligações químicas das moléculas orgânicas que será utilizada
para todas as formas de trabalho biológico.
A organela responsável por esse mecanismo é a mitocôndria.
Neste processo ocorre a liberação de dióxido de carbono e
energia e o consumo de oxigênio e glicose, ou outra molécula
orgânica.
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
ETAPAS DA RESPIRAÇÃO
CELULAR
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
GLICÓLISE
• É o processo rápido de degradação de uma molécula de
glicose em duas moléculas de ácido pirúvico ou piruvato.
• Ocorre no hialoplasma(citossol) e consiste em 10 reações
enzimáticas.
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
FUNÇÕES DA GLICÓLISE
• Preparar a glicose para ser degradada em CO2 e H2O;
• Sintetizar ATP com ou sem oxigênio;
• Utilização de intermediários em processos biossintéticos.
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
FÓRMULA DA GLICÓLISE
Glicose + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ ---> 2 moléculas de ácido
pirúvico + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O
Observar:
- a fosforilação de 2 moléculas de ADP;
- A redução de 2 moléculas de NAD+.
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
CICLO DE KREBS
Também chamado de ciclo do ácido cítrico, é um conjunto de
oito reações que ocorrem na matriz mitocondrial.
O ácido pirúvico, formado no hialoplasma, penetra na
mitocôndria, perde CO2 e sob a ação das descarboxilases
(enzimas), converte-se em Acetil CoA, que combina-se com
o ácido oxalacético (oxaloacetato), formando ácido cítrico e
iniciando o ciclo.
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
Este processo visa a produção de substratos que serão desidrogenados e
descarboxilados, através da degradação de grupos acetil.
DESCARBOXILAÇÃO
CO2 PRINCIPAL
METABÓLITO DO
CICLO DE KREBS
SUBSTRATOS
DESIDROGENAÇÃO
ATIVAÇÃO DA
CADEIA
RESPIRATÓRIA
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
CADEIA RESPIRATÓRIA OU CADEIA DE
TRANSPORTE DE ELÉTRONS
• É o conjunto de substâncias presentes nas cristas da
membrana interna da mitocôndria, onde ocorrem
reações de óxido redução, fornecendo a energia
necessária para a ressíntese do ATP, ocorrendo também a
formação de H2O.
• Composta por:
- Quatro complexos proteicos I a IV;
-
duas
moléculas
conectoras
móveis:
coenzima
Q
(ubiquinona) e o Citocromo C (Cyt c).
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
Os átomos de hidrogênio retirados pelo NAD dos esqueletos de
carbono durante a GLICÓLISE e o ciclo de KREBS são
transportados por várias moléculas até o oxigênio, formando
H2O e ATP.
Transporta elétrons desde o NADH e o FADH2 até o O2 e
simultaneamente
bombeia
prótons
H+
(nos
complexos
protéicos I, III e IV) da matriz mitocondrial (lado negativo, N)
para o espaço intermembrana (lado positivo, P).
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
É o processo metabólico de síntese de ATP a partir da energia
liberada pelo transporte de elétrons na cadeia respiratória.
Este processo depende de dois fatores:
• da energia livre obtida do transporte de elétrons;
• de uma enzima transportadora denominada ATPsintase ou
ATPase.
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
A enzima ATP sintase ou ATPase está distribuída em duas
frações funcionais:
FRAÇÃO FO
FRAÇÃO F1
Atua como um canal de prótons
através da membrana mitocondrial
interna.
Ligada à membrana mitocondrial
interna pela Fração FO, possui
atividade de síntese de ATP. Quando
dissociada da fração FO, possui apenas
capacidade de hidrolisar ATP.
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
METABOLISMO INTERMEDIÁRIO
Após a ingestão dos alimentos, em um período posterior, (estado
alimentado), devido ao afluxo abundante de nutrientes, há o
predomínio dos processos anabólicos sobre os catabólicos.
No
organismo,
havendo
um
ambiente hormonal
em que
há
predomínio das ações da insulina sobre as do glucagon, o afluxo de
glicose determina a captação de glicose e sua fosforilação. A glicose6-fosfato serve como substrato para a síntese de glicogênio ou sofre
glicólise, cujo produto final, o piruvato, dá origem ao acetil-CoA, que
entra no ciclo de Krebs para a produção de ATP. Em condições de
anaerobiose, o piruvato produz lactato.
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
INSULINA
PROMOÇÃO DO ANABOLISMO
• Glicogênese Muscular e Hepática;
• Diminuição da glicogenólise;
• Síntese de ácidos graxos e Lipogênese;
• Diminuição da cetogênese e da lipólise;
• captação muscular de aminoácidos e síntese proteica;
•
Diminuição do catabolismo protéico;
•
Diminuição gliconeogênese.
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
FERMENTAÇÃO OU RESPIRAÇÃO ANAERÓBIA
A fermentação ou respiração anaeróbia e a respiração
aeróbia são duas vias possíveis de degradação dos compostos
orgânicos – vias catabólicas – que permitem às células retirar
energia química desses compostos.
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
MICRORGANISMOS ANAERÓBIOS OBRIGATÓRIOS
X
ANAERÓBIOS FACULTATIVOS
X
AERÓBICOS (ESTRITOS OU OBRIGATÓRIOS)
Vários microrganismos, que vivem em meios onde o oxigênio está quase
ou completamente ausente, obtêm energia por processos anaeróbios,
sendo a fermentação uma via catabólica que ocorre nestas condições.
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
A fermentação ocorre no hialoplasma das células e
compreende duas etapas:
GLICÓLISE= conjunto de reações que degradam uma
molécula de glicose em duas moléculas de ácido pirúvico ou
piruvato.
REDUÇÃO DO ÁCIDO PIRÚVICO OU PIRUVATO= ganho de
elétrons dos átomos de hidrogênio formando o ácido láctico
ou lactato.
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
GLICÓLISE: ETAPA COMUM À FERMENTAÇÃO E À
RESPIRAÇÃO AERÓBIA
A molécula de glicose é quimicamente inerte. Assim, para que a
sua degradação se inicie, é necessário que esta seja ativada
através da energia fornecida pelo ATP.
Segue-se um conjunto de 10 reações enzimáticas que levam à
degradação da glicose até ácido pirúvico, com formação de ATP e
NADH.
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
FASE DE ATIVAÇÃO DA GLICOSE
• A glicose é fosforilada por 2 ATP, formando-se
frutose-difosfato;
• A frutose-difosfato se desdobra em duas moléculas
de aldeído fosfoglicérico (PGAL) ou gliceroaldeído.
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
FASE DE RENDIMENTO
• O PGAL é oxidado, perdendo 2 hidrogênios (2e- + 2H+), os
quais são utilizados para reduzir a molécula de NAD+,
formando-se NADH + H+;
• Formam-se 4 moléculas de ATP;
• Após estas reações, forma-se ácido pirúvico (ou piruvato).
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
No final da glicólise, restam:
• 2 moléculas de NADH;
• 2 moléculas de ácido pirúvico;
• 2 moléculas de ATP (formam-se 4,
mas 2 são gastas na ativação da
glicose).
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
A redução do ácido pirúvico (piruvato), em condições de
anaerobiose, faz-se pela ação do NADH, formado durante a
glicólise, e pode conduzir à formação de diferentes
produtos. Assim, existem vários tipos de fermentação, cujas
designações indicam o produto final: fermentação alcoólica
(álcool
etílico),
fermentação
láctica
(ácido
láctico),
fermentação acética (ácido acético) e fermentação butírica
(ácido butírico).
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA x FERMENTAÇÃO LÁCTICA
Produtos finais: diferem em função das reações que ocorrem
a partir do ácido pirúvico.
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA
DESCARBOXILAÇÃO OXIDATIVA DO ÁCIDO PIRÚVICO
CO2
ALDEÍDO ACÉTICO OU ACETOALDEÍDO
REDUÇÃO
ETANOL (ÁLCOOL ETÍLICO)
Redução: ganho de átomos de hidrogênios que foram transferidos do
NADH, formado durante a glicólise, o qual fica então na sua forma
oxidada, o NAD+, podendo ser de novo reduzido.
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
• O rendimento energético da fermentação alcoólica é de 2
ATP formados durante a glicólise.
• Grande parte da energia da glicose permanece no etanol,
um composto orgânico altamente energético (1g fornece
em torno de 7 Kcal).
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
CONTRIBUIÇÃO NA INDÚSTRIA ALIMENTÍCIA
A levedura da espécie Saccharomyces cerevisiae é utilizada na
produção de vinho, de cerveja e de pão. Esta levedura fermenta o
carboidrato da massa produzindo gás carbônico (CO2) e etanol (álcool).
• Fabricação do vinho e da cerveja: o álcool resultante da
fermentação.
• Fabricação do pão: dióxido de carbono. As bolhas deste gás
contribuem para o crescimento da massa, tornando o pão leve e
macio.
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
FERMENTAÇÃO LÁCTICA
REDUÇÃO DO ÁCIDO PIRÚVICO
ÁCIDO LÁCTICO
O rendimento energético na fermentação láctica é de 2 ATP
sintetizados durante a glicólise.
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
CONTRIBUIÇÃO NA INDÚSTRIA ALIMENTÍCIA
Fabricação de iogurte: produto obtido pela fermentação láctica através
da ação das bactérias do gênero Lactobacillus
e da espécie
Streptococcus thermophilus sobre a lactose do leite integral ou
desnatado.
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
EXERCÍCIO FÍSICO DE ALTA INTENSIDADE E CURTA DURAÇÃO
As células musculares humanas, por não receberem oxigênio em
quantidade suficiente, podem realizar a fermentação láctica, além da
respiração aeróbia. Desta forma, conseguem sintetizar uma quantidade
suplementar de moléculas de ATP.
Acúmulo de ácido láctico nos músculos
dores musculares,
cãibras, fadiga muscular!
Perigo: toxicidade!
IMPORTÂNCIA DO CICLO DE CORI (GLICONEOGÊNESE HEPÁTICA)
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
RENDIMENTO ENERGÉTICO DA FERMENTAÇÃO E DA
RESPIRAÇÃO
•O ATP é produzido no hialoplasma de todas as células durante o processo
glicolítico, comum à fermentação e à respiração aeróbia.
•É também produzido ao nível mitocondrial, via aeróbia, em reações do
ciclo de Krebs, na matriz, e ainda devido ao transporte de elétrons ao nível
das cadeias respiratórias, situadas na membrana interna.
•Os produtos finais da respiração, CO2 e H2O, são moléculas simples com
pouca energia potencial, ao contrário do etanol, produto final da
fermentação alcoólica, que é um composto de elevada energia.
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
Durante a fermentação sintetizam-se quatro moléculas de ATP
na fase glicolítica, mas, como são utilizadas duas moléculas de
ATP na ativação da glicose, o rendimento é de duas moléculas
de ATP.
Na respiração aeróbia, para além das duas moléculas de ATP,
como rendimento da glicólise, sintetizam-se mais 34 ou 36
moléculas, devido aos processos que ocorrem após a formação
do ácido pirúvico. Saldo Total: 36 ou 38 ATP
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
NADH FORMADO NA GLICÓLISE
O NADH, originado fora da mitocôndria, é incapaz de
atravessar a membrana mitocondrial, transferindo os seus
elétrons
através
da
membrana.
O
processo
de
transferência dos elétrons pode variar, o que vai afetar a
quantidade de moléculas de ATP que se formam na cadeia
transportadora.
Se formarem apenas dois ATP, o saldo final, visto que são
duas moléculas de NADH, será de 36 ATP.
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
Resumindo
• Etapas da respiração celular: glicólise,
ciclo de krebs, cadeia respiratória e
fosforilação oxidativa;
• Respiração
celular:
aeróbia
x
anaeróbia (fermentação);
• Fermentação alcóolica;
• Fermentação láctica.
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR