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Biologia e Bioquímica II
2009/2010
Módulo II - Mitocôndria
Sessão 6 – Ficha de trabalho
1. Qual a importância energética da glicólise se no balanço final só há produção de 2 ATP e 2 NADH, por cada molécula de glicose que é
oxidada?
A glicólise inicia o processo de oxidação da glicose, com remoção de electrões ricos em energia (que são transportados pelo NADH), e
produz outro efeito importante: transforma uma molécula de 6 carbonos (glicose) em duas moléculas de 3 carbonos (piruvato), permitindo que estas entrem na mitocôndria e sejam totalmente oxidadas pelo ciclo de Krebs para obtenção de mais electrões ricos em
energia (produzindo mais NADH e FADH2). Esses electrões, através da fosforilação oxidativa, irão permitir a obtenção de uma grande
quantidade de ATP.
2. Dois microrganismos, X e Y, mantidos em meio de cultura e condições adequadas, receberam a mesma quantidade de glicose como
único substrato energético. Após terem consumido toda a glicose fornecida, verificou-se que o microrganismo X produziu cerca de
18 vezes mais energia sob a forma de ATP do que o Y. Considerando estas informações, que diferença metabólica justifica o ocorrido?
Após a glicólise, o piruvato pode ser oxidado por via aeróbica (ciclo de Krebs + fosforilação oxidativa) ou por via anaeróbica (fermentação). No primeiro caso, o rendimento energético por molécula de glicose é de 36 ou 38 ATP, enquanto na fermentação é apenas de
2 ATP (que se obtiveram na glicólise), ou seja, cerca de 18 vezes inferior.
A diferença metabólica entre os 2 microrganismos é a seguinte:
microrganismo X: oxidação aeróbica da glicose (ou respiração celular)
microrganismo Y: fermentação
[ver este esquema para entender o que acontece na fermentação]
3. Quantas voltas no ciclo de Krebs são necessárias para transformar os 6 carbonos da glicose em CO2?
No final da glicólise, os 2 piruvatos (3C) ainda mantêm os 6 carbonos da glicose. Ao entrar na mitocôndria, cada piruvato (3C) forma
acetil-CoA (2C) e liberta uma molécula de CO2 (1C). Por fim, os 2 carbonos da acetil-CoA são também libertados na forma de CO2 no
ciclo de Krebs. Como a glicose origina 2 piruvatos, são necessários 2 ciclos de Krebs.
4. O esquema seguinte representa a respiração celular. Os rectângulos 1, 2 e 3 correspondem a vias metabólicas e as setas 4 e 5 correspondem a substâncias de alto valor energético, derivadas das vias em causa.
a. Indique a que número corresponde cada um dos seguintes conceitos (coloque 0 quando não houver correspondência entre o
conceito e o esquema):
ATP ___
5
Cadeia transportadora de electrões ___
3
0
ADP ___
FAD ___
0
Ciclo de Krebs ___
2
Oxidação do piruvato ___
0
Glicólise ___
1
NADH ___
4
b. Em que compartimento(s) celular(es) ocorrem as vias 1, 2 e 3?
1 – citosol | 2 – matriz mitocondrial | 3 – membrana interna da mitocôndria (cristas mitocondriais)
1
5. Complete o esquema seguinte indicando na figura onde colocaria os seguintes termos:
Acetil-CoA
Cadeia transportadora de electrões
Capilar sanguíneo
Ciclo de Krebs
Citoplasma
Glicólise
Glicose
Membrana plasmática
Mitocôndria
Oxigénio.
Capilar
sanguíneo
Oxigénio
Glicólise
Ciclo de
Krebs
Acetil-CoA
Cadeia transp.
de electrões
Mitocôndria
Glicose
Membrana
plasmática
Citoplasma
6. Considerando a oxidação aeróbica completa de uma molécula de glicose, indique a que valores (número de moléculas de ATP) correspondem as letras A a D.
A: 4 | B: 2 | C: 2 | D: 34
Estrutura
Formado
Citosol
Mitocôndria
ATP
Gasto
A
B
Matriz
C
-
Membrana interna
D
36 ATP
38
Saldo
7. Por que é que diferentes tipos celulares diferem no número máximo de ATPs produzidos por molécula de glicose aerobicamente
oxidada? Quais são esses números máximos?
Os 2 NADH produzidos na glicólise encontram-se no citosol. Como a membrana interna da mitocôndria é impermeável ao NADH, este
não pode passar directamente para o seu interior. Assim, para que os electrões que os
NADH “carregam” possam participar na cadeia transportadora de electrões e produzir
espaço
citosol
matriz
intermembranar
mitocondrial
ATP (na fosforilação oxidativa), eles terão de ser transferidos para o interior da mitocôndria.
Acontece que os electrões desses NADH podem ser transferidos por 2 sistemas diferentes: o sistema ‘malato-aspartato’ e o sistema ‘glicerol-3-fosfato’. O sistema usado
será o que estiver disponível na mitocôndria, e isso varia com o tipo de célula.
Se for usado o sistema ‘malato-aspartato’, o NADH oxida-se e promove a formação
de outro NADH na matriz mitocondrial. Esse NADH irá gerar a formação de 3 ATP.
Se for usado o sistema ‘glicerol-3-fosfato’ a oxidação do NADH promove, desta vez, a
formação de FADH2 na matriz mitocondrial. Esse FADH2 irá então gerar apenas 2 ATP.
Então, os 2 NADH da glicólise podem potenciar a formação de 6 ATP ou 4 ATP (correspondentes a 2 FADH2 gerados).
Resumindo:
2 NADH → sistema ‘malato-aspartato’ → 2 NADH → 6 ATP → TOTAL de 38 ATP
2 NADH → sistema ‘glicerol-3-fosfato’ → 2 FADH2 → 4 ATP → TOTAL de 36 ATP
2
NADH
NADH
NAD+
NADH
NAD+

Mal.
Asp.
NAD+
NADH
3 ATP
FAD
FADH 2
2 ATP
8. Quantas moléculas de ATP são produzidas com a oxidação completa até CO2 e H2O de um ácido gordo saturado contendo 12 carbonos? Justifique.
Os ácidos gordos são degradados pelo processo de beta-oxidação, em que o ácido reage associado à CoA, formando acil-CoA.
Por cada beta-oxidação forma-se 1 acetil-CoA, 1 NADH e 1 FADH2. Em cada beta-oxidação, a cadeia do ácido gordo é diminuída em 2
carbonos, que correspondem à formação de 1 acetil-CoA.
Este processo é espiral, ou seja, a beta-oxidação de ác. gordo de 12C origina um ác. gordo de 10C que é novamente “beta-oxidado”
para um ác. gordo de 8C… etc. A espiral termina quando o ác. gordo de 4C origina 2 acetil-CoA, ou quando o ác. gordo de 5C origina
1 acetil-CoA e um resíduo com 3C, o qual já não é “beta-oxidado”.
Para o caso dado, pode-se esquematizar da seguinte forma:
12
2
10
2
5 beta-oxidações…
8
2
5 NADH
5 FADH2
6
2
Cálculos:
beta-oxidação
4
2
ciclo de Krebs
5 NADH
5 FADH2
6 acetil-CoA
(63) 18 NADH
(61) 6 FADH2
(61) 6 ATP
2
fosf. oxidativa
somatório
(53) 15 ATP
(52) 10 ATP
(183) 54 ATP
(62) 12 ATP
15 ATP
10ATP
54 ATP
12 ATP
6 ATP
97 ATP
6 acetil-CoA
9. Compare em termos de rendimento energético, a degradação total de uma molécula de um ácido gordo com 18 carbonos e a degradação de três moléculas de glicose.
Se 1 molécula de glicose produz 38 ATP (ou 36 ATP), 3 moléculas de glicose produzem:
3  38 ATP (36 ATP) = 114 ATP (108 ATP)
Para degradar totalmente um ácido gordo de 18 carbonos são efectuadas 8 beta-oxidações (fazer esquema semelhante ao anterior).
São produzidos:
8 NADH
8 FADH2
9 acetil-CoA
Cálculos:
beta-oxidação
8 NADH
8 FADH2
9 acetil-CoA
ciclo de Krebs
(93) 27 NADH
(91) 9 FADH2
(91) 9 ATP
fosf. oxidativa
somatório
(83) 24 ATP
(82) 16 ATP
(273) 81 ATP
(92) 18 ATP
24 ATP
16 ATP
81 ATP
18 ATP
9 ATP
148 ATP
Conclusão: para o mesmo número total de átomos de carbono, as moléculas de glicose produzem menos ATP através da respiração
celular do que as moléculas de ácidos gordos.
10. Defina fosforilação oxidativa. O que é fosforilado? O que é oxidado?
A fosforilação oxidativa é o processo levado a cabo na membrana interna das mitocôndrias que tem como objectivo a produção de
ATP a partir de um gradiente intermembranar de iões H+ gerado pela oxidação de coenzimas numa cadeia transportadora de electrões.
Fosforilado: ADP
Oxidado: NADH e FADH2
11. Qual a função e onde se localiza a ATP sintetase (ou F1F0-ATPase)?
A ATP sintetase situa-se na membrana interna das mitocôndrias e a sua função é permitir a passagem de iões H+ do espaço intermembranar para a matriz mitocondrial, aproveitando a energia gerada por esse fluxo para produzir ATP.
3
12. Seleccione para cada questão, a alínea mais correcta:
a. A fosforilação da glucose a glucose-6-P serve para:
a) impedir a entrada excessiva de água na célula
b) impedir a saída de glucose da célula
c) impedir a saída excessiva de água da célula
d) tornar a glucose mais fácil de degradar
b. Numa célula eucariótica as enzimas responsáveis pelo ciclo de Krebs localizam-se:
a) na membrana interna da mitocôndria
b) no citoplasma
c) na matriz mitocondrial
d) no espaço intermembranar
c. O piruvato entra no ciclo de Krebs depois de ser convertido em
a) acetaldeído
b) lactato
c) etanol
d) acetil-CoA
d. Em condições aeróbicas, as células eucarióticas podem usar ______________ para produzir energia:
a) ácidos gordos
b) alanina
c) glucose
d) ácidos gordos e glucose
f) ácidos gordos e alanina
g) glucose e alanina
h) ácidos gordos, glucose e alanina
e. Numa célula eucariótica as proteínas responsáveis pela cadeia transportadora de electrões localizam-se:
a) na membrana interna da mitocôndria
b) no citosol
c) na membrana externa da mitocôndria
d) no espaço intermembranar
f. A energia libertada da glucose durante a respiração celular, mas não utilizada para formar ATP pode ser detectada sob a forma
de:
a) H2O
b) CO2
c) movimento
d) calor
4
g. Na cadeia transportadora de electrões, tudo o que se segue é verdade EXCEPTO
a) A oxidação de uma molécula de NADH origina cerca de três ATP
b) A transferência electrónica é geralmente acompanhada de transferência de iões H+ da matriz mitocondrial para o espaço
intermembranar
c) A ubiquinona transfere electrões do complexo I para o complexo III
d) Produz-se ATP quando ocorre fluxo de H+ da matriz mitocondrial para o espaço intermembranar através do complexo
ATPase
h. A fosforilação do ADP é uma reacção:
a) de decomposição
b) de hidrólise
c) endoenergética
d) exoenergética.
5