A respiração aeróbica e a obtenção de energia

BIOLOGIA - 1° Ano
A respiração aeróbica e a obtenção de energia
Ciências da Natureza e suas
Tecnologias - Biologia
Ensino Médio, 1ª Série
A RESPIRAÇÃO AERÓBICA E A OBTENÇÃO DE
ENERGIA
BIOLOGIA - 1° Ano
A respiração aeróbica e a obtenção de energia
Metabolismo
• Conjunto de reações químicas que ocorrem no
organismo.
• Ex.: biossíntese de nucleotídeos e
aminoácidos, degradação de ácidos graxos.
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Seres Produtores
• Também chamados de AUTÓTROFOS.
• São capazes de produzir o próprio “alimento”
através do processo da FOTOSSÍNTESE.
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Seres Consumidores
• Também chamados HETERÓTROFOS.
• Não produzem seu próprio alimento e
precisam se alimentar de autótrofos ou outros
heterótrofos para obter energia necessária à
sua sobrevivência (1).
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Como a energia é armazenada na
célula?
Nas ligações fosfato da molécula de ATP.
Imagem: Marcus / Public Domain
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ATP
• ATP = Adenosina tri-fosfato;
• Armazena nas suas ligações fosfatos à energia
liberada na quebra da glicose;
• Quando a célula precisa de energia para
realizar alguma reação química, as ligações
entre os fosfatos são quebradas, a energia é
liberada e utilizada no metabolismo celular.
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ATP
• Essa molécula é formada pela união de uma
adenina e uma ribose aderida a três radicais
fosfato.
Imagem: NEUROtiker / Public Domain
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Aceptores intermediários de H+
• NAD e FAD;
• São aceptores intermediários de hidrogênio,
ligando-se a prótons (H+) “produzidos”
durante as etapas da respiração e cedendo-os
para o oxigênio, que é aceptor final de
hidrogênios.
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NAD
Imagem: NEUROtiker / Public Domain
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FAD
Imagem: NEUROtiker / Public Domain
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Processos de liberação de energia:
• Aeróbios: ocorre com a participação do
oxigênio. Ele é o aceptor final de elétrons e
hidrogênios;
• Anaeróbios: Também chamado de
FERMENTAÇÃO. Acontece sem a utilização de
oxigênio. Os aceptores finais dependem do
tipo de fermentação.
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Respiração Aeróbica
• Fases:
1. Anaeróbia (glicólise): não necessita de
oxigênio para ocorrer e é realizada no
citoplasma;
2. Aeróbia (ciclo de Krebs e cadeira
transportadora de elétrons): requer e
presença de oxigênio e ocorre dentro das
mitocôndrias.
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Diagrama: SEE-PE.
Imagem: LadyofHats / Public Domain.
PRIMEIRA ETAPA - GLICÓLISE
Quebra da molécula de glicose
NAD e FAD
-Moléculas Carregadoras de
H+
- Cada molécula carrega 2
átomos de H+
PRODUTOS DA GLICÓLISE
C 6H12O6
- 2NAD + 2H2 = 2NADH2
4H+
- SALDO DE 2 ATP NA REAÇÃO
(2) C3H4O3
ÁCIDO PIRÚVICO
- FORAM PRODUZIDOS 2 AC. PIRÚVICOS
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IMPORTANTE
MITOCÔNDRIAS
CICLO KREBS – CADEIA RESPIRATÓRIA
HIALOPLASMA GLICÓLISE
Imagem: MesserWoland e
Szczepan1990 / GNU Free Documentation License
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RESPIRAÇÃO CELULAR
• 1ª etapa: os carboidratos e lipídeos, principalmente a glicose
e os ácidos graxos, são as principais substâncias quebradas
para a respiração celular.
• A glicose é quebrada no citosol em um processo chamado
glicólise, onde se formam duas moléculas de ácido pirúvico,
liberando uma certa quantidade de energia (4 moléculas de
ATP), que produz 2 moléculas de NADH2 e consome oxigênio.
C6H12O6
Glicose
2 C3H4O3
Ác. pirúvico
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Glicólise
• Quebra da glicose em:
Imagem: SEE-PE
– 2 moléculas de piruvato + NADH + ATP
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• Após a formação dos ácidos pirúvicos, eles entram na
mitocôndria, sendo atacados então por desidrogenases e
descarboxilases;
• Logo, são liberadas moléulas de CO2 pela célula e
hidrogênios que são capturados pelo NAD;
Imagem: SEE-PE
• O acetil formado combina-se com a Co-enzima A (Co-A) e
a nova molécula (Acetil-CoA) começa o ciclo de Krebs .
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Mitocôndria
Matriz
Mitocondrial
Crista
Mitocondrial
Membrana
Interna
Membrana
Externa
Imagem: Mariana Ruiz / Public Domain
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Mitocôndria
• Formada por 2 membranas;
• A membrana externa é lisa e controla a
entrada/saída de substâncias da organela;
• A membrana interna contém inúmeras pregas
chamadas cristas mitocondriais, onde ocorre a
cadeia transportadora de elétrons;
• A cavidade interna é preenchida por uma
matriz viscosa, onde podemos encontrar várias
enzimas envolvidas com a respiração celular,
DNA, RNA e pequenos ribossomos. É nessa
matriz mitocondrial que ocorre o ciclo de
Krebs (2).
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RESPIRAÇÃO CELULAR
• 2ª etapa: o ácido pirúvico entra na
mitocôndria e é convertido em acetilcoenzima A, que então é metabolizada pelo
ciclo do ácido cítrico (Ciclo de Krebs);
• Nessa etapa, uma quantidade de energia é
liberada, sendo uma pequena parte utilizada
para converter 3 NAD+ em 3 NADH (3).
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RESPIRAÇÃO CELULAR
• No Ciclo de Krebs, a Acetil CoA sofre uma série
de modificações que acabam produzindo
ácido oxaloacético, para assim recomeçar o
ciclo;
• Essas reações liberam 2 moléculas de CO2 e
produzem 3 moléculas de NADH e 1 molécula
de FADH2.
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Ciclo de Krebs
• São liberados vários hidrogênios, que são
então capturados pelos NAD e FAD,
transformando-se em NADH2 e FADH2;
• Ocorre também liberação de energia
resultando na formação de ATP.
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CICLO DE KREBS
ÁCIDO PIRÚVICO + ACETI-CoA
Continuação da quebra da molécula glicose com
descarboxilações e desidrogenações
M
I
PRODUTOS FORMADOS NO
CICLO DE KREBS POR CADA
ÁCIDO PIRÚVICO
-3
NADH2
-1
FADH2
-1
ATP
T
M
A
T
R
I
Z
O
COMO SÃO 2 MOLÉCULAS DE
ÁCIDO PIRÚVICO, O
RESULTADO FINAL É:
Ô
N
- 6 NADH2
D
- 2 FADH2
R
- 2 ATP
I
A
S
Imagem: Minutemen / Public Domain
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RESPIRAÇÃO CELULAR
• 3ª etapa: Depois, os elétrons de alta energia
percorrem a cadeia transportadora de
elétrons ou cadeia respiratória, que é
composta por complexos enzimáticos, onde os
elétrons cedem energia e produzem 36 mols
de ATP por mol de glicose consumida.
• Esse processo é chamado fosforilação
oxidativa e ocorre na membrana interna da
mitocôndria (4).
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Cadeia Transportadora de Elétrons
• Ocorre nas cristas mitocondriais;
• Também chamado de Fosforilação Oxidativa.
• É um sistema de transferência de elétrons
provenientes do NADH2 e FADH2 até a
molécula de oxigênio.
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Cadeia Transportadora de Elétrons
• Os elétrons são passados de molécula para
molécula presentes nas cristas mitocondriais
chamados CITOCROMOS;
• Quando o elétron “pula” de um citocromo
para outro, até chegar no aceptor final (o
oxigênio), ocorre liberação de energia, que é
convertida em ATP (5).
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Imagem: SEE-PE
Cadeia Transportadora de Elétrons
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CADEIA RESPIRATÓRIA OU CADEIA DE ELÉTRONS
ORIGINA 2 ATP
FADH2
PROTEÍNAS TRANSPORTADORAS DE
ELÉTRONS
NADH2
ORIGINA 3 ATP
MEMBRANA DAS CRISTAS
MITOCONDRIAIS
Imagem: TimVickers / Public Domain
ADP + Pi
ATP
- GLICÓLISE – 2 ATP+ 2 NADH2
(2 + 2X3) = 8 ATP
OBS - NA MITOCÔNDRIA SÃO 2 AC. PIRÚVICOS
RESULTADO FINAL DA
RESPIRAÇÃO CELULAR A
PARTIR DE UMA GLICOSE
- CoA – 1 NADH2
(2X3) = 6 ATP
- CICLO KREBS – 1 ATP+ 3 NADH2
1 FADH2
- AO FINAL DA CADEIA
(2X3X3+2) = 20 ATP
(2X2) = 4 ATP
8 + 6 + 20 + 4 = 38 ATP
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Fermentação
• É o processo de degradação incompleta de
substâncias orgânicas com liberação de
energia, realizada principalmente por fungos e
bactérias;
• Existem diversos tipos de fermentação, que
variam quanto ao produto final;
• No processo de fermentação, o aceptor final
de hidrogênios é o produto final (6).
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Fermentação
• Pode ser de dois tipos:
• Fermentação Alcoólica;
• Fermentação Láctica.
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Fermentação Alcoólica
• Produtos Finais: etanol, CO2 e 2 ATPs;
• Realizada por leveduras que são utilizadas na
produção, pouco eficaz , no que diz respeito à
liberação de energia, pois uma molécula de
glicose só rende 2 ATPs.
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Fermentação Alcoólica
Imagem: André Karwath aka Aka / Creative
Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic
• Utilização pelo homem:
Imagem: Christian / Public Domain
Imagem: Marius Fiskum / Creative
Commons Attribution 3.0 Unported
Produção de bebidas alcoólicas
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Fermentação Alcoólica
• Utilização pelo homem:
Imagem: ShadowWolf13 / Creative
Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic
Imagem: Bangin / GNU Free Documentation License
Produção de pães e bolos - fermento biológico
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Fermentação Alcoólica
Imagem: SEE-PE
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Fermentação Láctica
• Realizada por bactérias do leite, é empregada
na preparação de iogurtes e queijos;
• Também ocorre em nossos músculos em
situações de grande esforço físico;
• Também rende 2 ATPs por molécula de glicose
(7).
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Fermentação Láctica
• Utilização pelo homem:
Imagem: Feuerrabe / Creative
Commons Attribution 3.0 Germany
Imagem: Christian Bauer / Creative
Commons Attribution 2.0 Generic
Produção queijos e iogurtes
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Exercícios
1. (UCSal-BA) Tendo ocorrido uma anomalia nos
mitocôndrios de uma célula, qual dos seguintes
processos celulares será, provavelmente, o primeiro a
sofrer alteração?
a)
b)
c)
d)
e)
Glicólise
Mitose
Ciclo de Krebs
Síntese de proteína
Síntese de ácidos nucleicos
Imagem: MesserWoland e
Szczepan1990 / GNU Free Documentation License
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Exercícios
2. (Cesgranrio-RJ) No exercício muscular intenso, torna-
a)
b)
c)
d)
e)
Ácido pirúvico
Ácido láctico
Ácido acetoacético
Etanol
Ácido cítrico
Imagem: Scoobytrash e Rafaelgarcia / GNU
Free Documentation License
se insuficiente o suprimento de oxigênio. A liberação
de energia pelas células processa-se, dessa forma, em
condições relativas de anaerobiose, a partir da glicose.
O produto principalmente acumulado nessas condições
é:
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Exercícios
3.
Em que a fermentação
difere do metabolismo
aeróbico?
A fermentação difere da
aerobiose por ser um
processo mais primitivo,
com um rendimento
energético menor, já que
o combustível usado não
é totalmente
metabolizado.
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Sites e outros recursos na internet
•
Animações em biologia celular:
–
–
Glicólise: www.johnkyrk.com/glycolysis.pt.html
(animação interativa que permite a visualização de todas
as etapas de glicólise);
Ciclo de Krebs: www.johnkyrk.com/krebs.pt.html
(animação interativa que permite a visualização de todas
as etapas do ciclo de Krebs).
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Tabela de Imagens
Slide
Autoria / Licença
5
Marcus / Public Domain
7
NEUROtiker / Public Domain
9
NEUROtiker / Public Domain
10 NEUROtiker / Public Domain
13a LadyofHats / Public Domain.
14 MesserWoland e Szczepan1990 / GNU Free
Documentation License
16 SEE-PE
17 SEE-PE
18 Mariana Ruiz / Public Domain
23 Minutemen / Public Domain
27 SEE-PE
28 TimVickers / Public Domain
Link da Fonte
Data do
Acesso
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Adenos
intriphosphat.gif
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Adenos
intriphosphat.svg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:NAD%2
B_phys.svg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:FADH2.
svg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Animal
_mitochondrion_diagram_en.svg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:P_Cell.
svg
Acervo SEE-PE
Acervo SEE-PE
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Diagra
m_of_a_human_mitochondrion_blanc.png
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ciclo_d
e_Krebs.svg
Acervo SEE-PE
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mitoch
ondrial_electron_transport_chain%E2%80%94Et
c4_pt.svg
23/03/2012
23/03/2012
23/03/2012
23/03/2012
27/03/2012
23/03/2012
27/03/2012
27/03/2012
23/03/2012
23/03/2012
27/03/2012
23/03/2012
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Tabela de Imagens
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http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cocktai
l_Caipirinha_raw.jpg
32.b Marius Fiskum / Creative Commons Attribution http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Arctic_
Beer.jpg
3.0 Unported
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32.c André Karwath aka Aka / Creative
ine_Glas.jpg
Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic
33.a ShadowWolf13 / Creative Commons Attribution- http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Portal_
Cake.jpg
Share Alike 2.0 Generic
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bread_
33.b Bangin / GNU Free Documentation License
rolls.JPG
Acervo SEE-PE
34 SEE-PE
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36.a SEE-PE
heese_cubes.jpg
36.b Feuerrabe / Creative Commons Attribution 3.0 http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Yoghur
t_and_Soy_Yoghurt_red.JPG
Germany
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:P_Cell.
37 MesserWoland e Szczepan1990 / GNU Free
svg
Documentation License
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Standin
38 Scoobytrash e Rafaelgarcia / GNU Free
gBarbellCurl-2.png
Documentation License
32.a Christian / Public Domain
Data do
Acesso
23/03/2012
23/03/2012
23/03/2012
23/03/2012
23/03/2012
27/03/2012
26/03/2012
26/03/2012
26/03/2012
26/03/2012