aula 7 - metabolismo - energético

ATP – TRIFOSFATO DE ADENOSINA
METABOLISMO
Este composto armazena, em suas ligações fosfato,
parte da energia desprendida pelas reações
ENERGÉTICO
exotérmicas e tem a capacidade de liberar, por
hidrólise, essa energia
armazenada para promover
reações endotérmicas.
Prof. M.Sc. Renata Fontes
INTRODUÇÃO
ATP – TRIFOSFATO DE ADENOSINA
• Reações endotérmicas
- Característica: Precisam receber energia
- Ex.:Fotossíntese
Adenina
Fosfato
Ribose
• Reações exotérmicas
- Característica: Liberam energia
- Ex.:Respiração e fermentação
NUCLEOSÍDEO
NUCLEOTÍDEO = adenosina monofosfato (AMP)
Adenosina difosfato (ADP)
Adenosina trifosfato (ATP)
REAÇÃO
ATP em ação
Nível de
energia
Produtos
A
Calor
ATP
Calor
C
Reagentes
e
e
Endotérmica
Nível de
energia
B
Reagentes
Reação
exotérmica
ADP + Pi
Reação
endotérmica
D
Reação
exotérmica
Reação
endotérmica
Produtos
Exotérmica
REAÇÕES ACOPLADAS
1
RESPIRAÇÃO
Processo de síntese de ATP que envolve a
cadeia respiratória.
• Tipos
– AERÓBIA
em que o aceptor final de
hidrogênios é o oxigênio.
– ANAERÓBIA
em que o aceptor final de
hidrogênio não é o oxigênio e sim outra
substância (sulfato, nitrato - bactérias
desnitrificantes)
RESPIRAÇÃO AERÓBIA
• A maior rentabilidade da respiração aeróbia em
relação à fermentação é explicada pela
completa "desmontagem" da molécula da
glicose
• A respiração aeróbia (muitas vezes chamada,
apenas, de respiração celular) é dividida em 3
etapas
• Glicólise
• Ciclo de Krebs
• Cadeia respiratória
Respiração
GLICÓLISE
• Utilizadas por procariontes, protistas, fungos,
plantas e animais.
• Cada molécula de glicose é desdobrada em
dois piruvatos (3 átomos de carbono)
• Molécula principal: glicose.
• Etapas:
– Glicólise (não usa O2).
– Ciclo de Krebs
– Cadeia respiratória (usa O2)
• Eucariontes: glicólise ocorre no citossol, e nas
mitocôndrias o ciclo de Krebs (matriz) e a
cadeia respiratória (cristas).
Respiração Aeróbia
• Conjunto de reações de oxirredução para a
obtenção de energia a partir de uma fonte
energética
orgânica
e
que
ocorre
obrigatoriamente em todas as células.
• Reações de oxirredução: transferência de H+
entre
compostos
orgânicos
com
desprendimento de energia.
• Fonte de energia mais utilizada: glicose (não a
mais energética), os aminoácidos e os ácidos
graxos fornecem mais energia mas são menos
utilizados.
C6H12O6 + 6O2
6CO2 + 6H2O DG = 38 ATP
• Ocorre liberação de hidrogênio e energia, por
meio de várias reações químicas
• H+ combina-se com moléculas transportadoras
de hidrogênio (NAD+) NADH
• Energia librada
síntese de ATP
• Saldo de 2 ATP
GLICÓLISE
• Piruvato
pode ser utilizado
processos aeróbios como em
anaeróbios.
tanto em
processos
• O fator que influencia isso é o oxigênio.
• Na presença de O2 o piruvato é degradado em
CO2 E H2O.
• Na ausência, é parcialmente degradado nos
processos de fermentação.
2
GLICÓLISE
ATP
ACETIL COA E O CICLO DE KREBS
Glicose
(6C)
C6H12O6
ADP
ATP
ADP
P~6C~P
3C~P
3C~P
NAD
NADH
P~3C~P
ADP
Pi
ATP
P~3C
ADP
ATP
3 C Piruvato
1. Duas moléculas de ATP são
utilizadas para ativar uma
molécula de glicose e iniciar a
reação.
2. A molécula de glicose ativada
pelo ATP divide-se em duas
moléculas de três carbonos.
NAD
Pi
NADH
P~3C~P
ADP
ATP
P~3C
ADP
ATP
3. Incorporação de fosfato
inorgânico e formação de
NADH.
4. Duas moléculas de ATP são
liberadas recuperando as
duas utilizadas no início.
•
Piruvato é transformado em Acetil-CoA .
•
Entrada no ciclo de Krebs.
•
•
Piruvato é transformado em Acetil-CoA .
Entrada no ciclo de Krebs.
A transformação do ácido pirúvico em acetilCo-A
se dá na membrana das mitocôndrias.
Portanto, todas as etapas posteriores irão se
desenvolver no interior desse organóide
citoplasmático, e não mais no hialoplasma.
5. Liberação de duas moléculas
de ATP e formação de piruvato.
3 C Piruvato
GLICÓLISE
• Função: quebra de moléculas de glicose e
formação do piruvato.
• Local: citossol
• Procedimento:
– Glicose
2 piruvato: liberação de hidrogênio
e energia.
– NAD
NADH :energia usada na síntese de
ATP.
• O piruvato formado entra na mitocôndria e
segue para o ciclo de Krebs.
3
CICLO DE KREBS
• Inicia-se com a doação do radical acetil do
Acetil-CoA para o Oxaloacetato
– Oxaloacetato
regenerado ao final de cada
volta
• Formação do Ácido Cítrico ou Citrato
– Enzima Citrato-Sintase - enzima reguladora
• São 8 as etapas enzimáticas do Ciclo de Krebs
CICLO DE KREBS
• Nomes: ciclo do ácido cítrico ou ácido
tricarboxílico.
• Mentor: Hans Adolf Krebs (1953)
• Local: matriz mitocondrial
• Procedimento:
– Piruvato
acetil : liberação de CO2 e H.
– Acetil
Acetil-coenzima A (acetil-CoA) :
entra no ciclo de Krebs.
– Ciclo de Krebs: liberação de CO2, ATP,
NADH, FADH2
• Obs.: todo o gás carbônico liberado na
respiração provém da formação do acetil e do
CICLO DE KREBS
• Nomes: ciclo do ácido cítrico ou ácido
tricarboxílico.
• Mentor: Hans Adolf Krebs (1953)
• Local: matriz mitocondrial
•
Ao longo do ciclo, o citrato perde carbonos
na forma de CO2 e hidrogênios que são
captados por NAD ou FAD.
4
• Inicialmente, a molécula do acetil Co-A se funde
a uma molécula de ácido oxalacético. A
molécula resultante da fusão, o ácido cítrico,
tem seis átomos de carbono.
• Em algumas etapas dessa sequência cíclica
são perdidos átomos de carbono e átomos de
hidrogênio.
• Moléculas de CO2
• 2 moléculas de ATP
• 6 moléculas de NADH
• 2 moléculas de FADH
• Os átomos de carbono entram na formação de
moléculas de CO2, liberadas pela célula.
• Os átomos de hidrogênio, ricos em energia, são
recolhidos por aceptores. Um deles é o NAD,
anteriormente citado. O outro é o FAD (flavinaadenina-dinucleotídeo).
• Em uma das etapas da sequência, a energia
liberada é suficiente para que uma molécula de
• As moléculas de CO2 são liberadas pela
célula, juntamente com as outras geradas na
glicólise, totalizando seis moléculas.
• As duas moléculas de ATP se tornam
disponíveis para serem empregadas nas
diversas formas de trabalho celular.
• As seis moléculas de NADH e as duas de
FADH irão levar os átomos de hidrogênio que
estão conduzindo para a cadeia respiratória,
última etapa da respiração aeróbica.
ADP se converta em ATP.
• Portanto, em cada volta do ciclo de Krebs, são
geradas duas moléculas de CO2, uma molécula
de ATP, três moléculas de NADH e uma de
FADH.
• Como cada molécula de glicose origina duas
moléculas de acetil Co-A, permite que o ciclo de
Krebs seja adicionado duas vezes.
5
CADEIA RESPIRATÓRIA
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
Citosol
Glicose (6
C) C6H12O6
1 ATP
1 ATP
1 NADH
1 NADH
Piruvato (3 C)
4 CO2
Piruvato (3 C)
2 CO2
2 ATP
2 NADH
Mitocôndria
6 NADH
2 acetil-CoA
(2 C)
Ciclo
de
Kreb
s
2 FADH
Total:
10 NADH
2 FADH2
Crista mitocondrial
• Por meio da cadeia respiratória, há
transferência dos hidrogênios transportados
pelo NAD+ e pelo FAD para o O2 formando
água.
A CADEIA RESPIRATÓRIA
Também conhecida como cadeia transportadora
de elétrons, é composta de uma série de enzimas
• O oxigênio é o aceptor final de hidrogênios e
participa diretamente apenas na última etapa
da cadeia respiratória.
aceptoras de elétrons, os citocromos. Todos eles
estão presentes junto das cristas mitocondriais,
onde a cadeia respiratória acontece.
• Na transferência de hidrogênios ao longo da
cadeia respiratória , há liberação de elétrons
excitados, que vão sendo captados por
transportadores intermediários, dentre eles o
citocromos.
• Os citocromos bombeiam prótons de H+.
A CADEIA RESPIRATÓRIA
• Função: formação de ATP
• Local: Crista mitocondrial
– Fosforilação oxidativa: transferência de
hidrogênios pelos citocromos, formando ATP
e tendo como aceptor final o oxigênio e a
formação de água
• Obs.: O rendimento energético para cada
molécula de glicose é de 38 moléculas de ATP.
CADEIA RESPIRATÓRIA
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
• Os prótons vão para o espaço entre as
membranas interna e externa das mitocôndrias.
• Os prótons
oxidativa.
participarão
da
fosforilação
• Para cada molécula de glicose que entra na
fosforilação oxidativa, formam-se 34 ATP.
6
Em certas células eucarióticas, como as
musculares esqueléticas e o cérebro, o saldo
energético da respiração por molécula degradada
é de 36ATP.
Isso ocorre em função de um mecanismo
relacionado á entrada de NADH na mitocôndria,
em que há gasto de 1 ATP por NADH. Como são 2
NADH produzidos na glicólise por molécula de
• A falta de oxigênio faz com que os elétrons
não sejam removidos do complexo de
citocromos.
• Retrogradamente, os outros componentes da
cadeia respiratória passam a reter elétrons,
por não poder passá-los adiante. Com a
parada na progressão dos pares de elétrons,
cessa a produção de ATP e a célula morre por
falência energética
glicose, o gasto total é de 2 ATP.
Citosol
Glicose (6
C) C6H12O6
6 O2
1 ATP
1 ATP
1 NADH
1 NADH
Piruvato (3 C)
32 ou 34
ATP
4 CO2
Piruvato (3 C)
2 CO2
6 H2O
2 ATP
2 NADH
Mitocôndria
6 NADH
2 acetil-CoA
(2 C)
Ciclo
de
Kreb
s
2 FADH
Total:
10 NADH
2 FADH2
Crista mitocondrial
Etapa
Salto em ATP
Glicólise
2
Ciclo de Krebs
2
Cadeia respiratória
32 ou 34
Total
36 ou 38
FERMENTAÇÃO
Processo anaeróbio de síntese de ATP que ocorre
na ausência de O2 e que não envolve a cadeia
respiratória.
• Aceptor final: composto orgânico.
• Seres Anaeróbios:
– ESTRITOS: só realiza um dos processos
anaeróbios(fermentação
ou
respiração
anaeróbia)
Ex.: Clostridium tetani
– FACULTATIVAS: realizam fermentação ou
respiração aeróbia.
Ex.: Sacharomyces cerevisiae
7
FERMENTAÇÃO
FERMENTAÇÃO LÁCTICA
Glicose degradada na ausência de O2 →
Substância mais simples
O piruvato é
convertido em
• Ácido lático = fermentação lática
• Álcool etílico = fermentação alcoólica
• Ácido acético = fermentação acética
Nesse processo há saldo de 2 moléculas de
ATP
lactato pela ação
enzimática da
FERMENTAÇÃO LÁCTICA
lactato
desidrogenase
Fermentação Lática
Glicose → ácido lático + 2 ATP
ATP
NAD
NADH
Fermentação Alcoólica
Glicose → álcool etílico + CO2 + 2 ATP
Fermentação Acética
Glicose → ácido acético + CO2 + 2 ATP
Respiração
Glicose + O2 → CO2 + H2O + 36 ou 38 ATP
Piruvato (3 C)
Ácido
lático 3 C
Glicose (6
C) C6H12O6
Piruvato (3 C)
Ácido
lático 3 C
NADH
Glicólise
ATP
NAD
FERMENTAÇÃO
GLICÓLISE
Balanço Energético da Glicólise Anaeróbica :
• ATPs consumidos = 2 ATPs e 2 NADH
• ATPs produzidos = 4 ATPs e 2 NADH
Rendimento
-2
ATPs
+4
ATPs
+2
ATPs
O rendimento em ATP da glicólise
anaeróbica até lactato é de 2 ATPs
8
FERMENTAÇÃO LÁCTICA
Formação de lactato no músculo: Ao
exercitar intensamente o músculo esquelético,
necessita de consumo intenso de O2. A
ausência de O2 leva à formação de lactato
intramuscular resultando em câimbras.
•Câimbra = insuficiência de O2 → células
degradam a glicose em lactato. 80% do
lactato vai p/ o sangue e é degradado no
fígado e 20% metabolizados nas células
musculares c/ restabelecimento de O2 →
lactato transformado em piruvato
•É realizado por bactérias denominadas
acetobactérias → produzindo ácido acético +
CO2.
* Este tipo de fermentação é utilizado para
fabricação de vinagre e provoca o azedamento
de vinhos e sucos de frutas.
FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA
• Piruvato libera inicialmente 1 molécula de CO2 =
H2O
ATP
composto com 2 carbonos que é reduzido pelo
NADH
NADH = álcool etílico.
NAD
NADH2
Piruvato (3 C)
Ocorre principalmente em bactérias e leveduras(fungos)
•Saccharomyces cerevisiae = produção de bebidas
alcoólicas e de pão. Transformam açúcares do suco de
uva e de malte em vinho e cerveja.
CO2
Glicose
(6C)
C6H12O6
CO2
Piruvato (3 C)
NADH
Glicólise
ATP
ATP
NAD
NADH2
Ácido
acético
3C
Ácido
acético
3C
H2O
NAD
NADH
Álcool
etílico 3 C
Piruvato (3 C)
CO2
Glicose (6 C)
C6H12O6
CO2
Piruvato (3 C)
Álcool
etílico 3 C
NADH
Glicólise
ATP
NAD
9