Aula 7 - IFSC-USP

A energética celular:
o papel das mitocôndrias e
cloroplastos
A energética celular
ATP: captura e transfere energia livre nos sistemas biológicos
Hidrólise do ATP: libera energia para suprir processos
energeticamente desfavoráveis
Mas como as células geram ATP?
Reação endergônica (produto tem mais energia que reagentes) e
requer energia para ocorrer.
Há 2 processos básicos que podem gerar essa energia:
1)
Oxidação aeróbica
2)
fotossíntese
Quimiosmose
É o processo básico utilizado por bactérias,
mitocôndrias e cloroplastos para gerar ATP
Um gradientes de H+ e um potencial elétrico através da
membrana
FORÇA PRÓTON-MOTRIZ
Só ocorre em compartimentos selados...
- H+ H+
H+
H+
H+
- - -- - - - - - - -- - -- - - - H+
H+ H+
H+
- --- - - - H+
A oxidação da glicose
oxidação completa de glicose:
C6H12O6 + 6O2 +30 Pi2- + 30 ADP3- + 30 H+
6CO2 + 30 ATP4- + 36 H2O
Passo inicial : GLICÓLISE no citosol
não envolve O2
produz piruvato e pouco ATP
Via Glicolítica
• 4 ATP´s formados pela
fosforilação em nível de substrato
• 2 ATP´s consumidos
Saldo da glicólise = 2 ATP´s
2NADH + 2H+
Metabolismo da glicose
• Aeróbios obrigatórios: crescem na presença de O2
metabolizam glicose a CO2
produzem mais ATP
• Anaeróbios facultativos: sem O2 : convertem glicose
em compostos de 2 ou 3 C
que são liberados no meio
ex. leveduras
Metabolismo anaeróbico (fermentação)
Levedura
Músculo
Metabolismo aeróbico da glicose
Piruvato produzido na glicólise
transportado à mitocôndria
Lá é oxidado a CO2 e H2O
(respiração celular = +28ATP´s)
Mitocôndrias
Células eucarióticas: têm muitas mitocôndrias
(até 25% do volume citoplasmático)
São os principais sítios de produção de ATP
no metabolismo aeróbio
•
delimitada por uma duas membranas:
– Externa: ½ lipídeos + ½ proteínas. É mais
“permissiva”
– Interna: ~ 3/4 são proteínas (ATP sintase, transportadores,
enzimas);
permeabilidade reduzida a H+ (cardiolipina);
tem a área aumentada por cristas
Mitocôndria
• Qual seu combustível para a síntese de ATP?
Ácidos graxos e glicose
Degradação completa de uma molécula de glicose=
Síntese de 30 moléculas de ATP
Nas céls. eucarióticas:
Estágio inicial (glicólise)= no citosol, saldo de 2 ATPs.
A oxidação peroxissômica dos ácidos
graxos
• A oxidação mitocondrial de ác. graxos é a > fonte de
ATP para as cél. do fígado, mas isso não é geral.
• Maioria dos ácidos graxos são oxidados no Peroxissoma
= organela de membrana única
• Aqueles de cadeia longa (> 20CH2) exclusivamente nesta organela.
• A oxidação no peroxissoma não produz ATP
O ciclo do ácido cítrico
A maioria das enzimas são solúveis e ficam na matriz
O transporte de e- e a força próton-motriz
• A oxidação da glicose libera energia, captada pelas
coenzimas (NADH e FADH2)
• Na respiração, esses e- são transferidos p/ o O2
H2O
Durante esse processo os H+ são bombeados
através da membrana interna
Sobe o pH relativo da matriz
E fica mais negativa
eH+
Complexos na membrana mitocondrial
•
Estendem-se através da
membrana mitocondrial interna
•
Contém grupos prostéticos
ex.: grupo heme (citocromos) e
ferro-enxofre
ATP sintase (F0F1)
F1
Fo
Mecanismo de ligação e mudança conformacional da
síntese de ATP pela ATP sintase
Fotossíntese
6CO2 + 6H2O
Membrana
externa
6O2 + C6H12O6
Cloroplasto
luz
Espaço
intermembrana
Estroma
Membrana
interna
Membrana do tilacóide
Absorbância
carotenóides
ficocianina
ficoeritrina
Comprimento de onda (nm)
Na clorofila b, há uma
substituição aqui por CHO
Anel porfirínico
clorofila a
Cauda hidrofóbica
cutícula
epiderme
mesófilo
vacúolo
mesófilo
cloroplasto
estômato
Xilema e
floema
Corte
transversal
Cloroplasto
Folha
estroma
Granum
Epiderme superior
Epiderme inferior
Membrana
externa
Membrana do
tilacóide
Membrana
interna
Espaço intermembrana
espaço do
tilacóide
Etapas da Fotossíntese
(1) Reações Luminosas
(2) Reações de Carboxilação
A captação da Energia da LUZ
Feita pelos
FOTOSSISTEMAS I e II
•
De 250 a 400 moléculas de
pigmentos + aceptores de eorganizados em cada fotossistema;
Dentro dos fotossistemas, as moléculas
de clorofila estão ligadas à
proteínas;
•
•
Fotossistema I (PSI) ⇒ P700
Fotossistema II (PSII) ⇒ P680
luz
Luz
Centro de
reação
Transferência de
ressonância da energia
Estroma
Lúmen
Par especial
de clorofilas
= Complexos
coletores de luz
Transferência de energia dos complexos que coletam luz para o centro de
reação associado ao fotossistema I das cianobactérias.
Estrutura tridimensional do centro de reação fotossintético da bactéria Rhodobacter spheroides
Fotossistema II
Fotossistema I
ATP sintase
Complexo
citocromo bf
Lamela do
grana
Lamela do
estroma
estroma
Fotossistema I
PSIferredoxina
NADP
redutase
Fotossistema II
Potencial redox (mV)
Fotofosforilação
PSII
Um gradiente eletroquímico
é formado e gera ATP
fotofosforilação
ATP
plastoquinona
plastocianina
Luz
Fotólise da água
Direção do fluxo de elétrons
Luz
A fotofosforilação pela ATPsintase
estroma
lúmen
Fotofosforilação cíclica
Fotossistema I
Cadeia redox
ADP + Pi
fótons
Reações de Carboxilação
• Fixação do CO2 (no estroma) através do
ciclo de Calvin produzindo glicose
(ATP e NADPH não podem ser armazenados...)
• Utiliza produtos da fase luminosa
O ciclo de Calvin
Fixação do CO2 e fotorrespiração
Plantas C4
Cél. do mesófilo
Cél. do mesófilo
Bainha do feixe
ar
Tecido vascular
estômato
Bainha
do feixe
Precisam de 5 ATPs para cada CO2
fixado, contra 3 das C3, mas
A fotorrespiração em plantas C4 é quase
ausente, enquanto nas C3 pode chegar a
consumir até a 50% do C fixado...
açúcar
Tecido
vascular
CAM; metabolismo ácido crassuláceo
Noite
crassulácea
Noite
piruvato
Dia
Ciclo de
Calvin
Dia
açúcares