Metabolismo energético das células

Metabolismo energético
das células
Medicina Veterinária
Bioquímica I
2º período
Professora: Ms. Fernanda Cristina Ferrari
Como a célula produz energia?
Fotossíntese
Quimiossíntese
Respiração
Adenosina trifosfato - ATP
ATP
• Armazena nas suas ligações fosfatos a energia
liberada na quebra da glicose
• Quando a célula precisa de energia para
realizar alguma reação química, as ligações
entre os fosfatos são quebradas, energia é
liberada e utilizada no metabolismo celular.
RESPIRAÇÃO
X
FOTOSSÍNTESE
Respiração celular
Processo pelo qual as células,
na
presença
do oxigênio,
libertam a energia contida nos
nutrientes, produzindo dióxido
de carbono, vapor de água e
outros produtos tóxicos.
Introdução
•
As células necessitam de energia para a produção das
substâncias necessárias ao crescimento e renovação das
células, para a contração das células musculares e para a
produção de calor.
- As células obtêm a energia que necessitam através dos
nutrientes energéticos que existem nos alimentos,
principalmente na glicose.
- A respiração celular é um processo através do qual as
células, em presença do oxigênio, libertam a energia
contida nos nutrientes, produzindo dióxido de carbono e
vapor de água.
•
•
A célula necessita, para produzir
energia, de oxigênio e de nutrientes
Na respiração celular a célula utiliza o
oxigênio e liberta energia contida nos
nutrientes, produzindo dióxido de
carbono, vapor de água e outros
produtos tóxicos
As reações que permitem obter energia formam resíduos
As reações químicas que ocorrem na respiração
podem ser agrupadas em:
1. Fase Anaeróbia (glicólise): não necessita de
oxigênio para ocorrer e é realizada no
citoplasma.
2. Fase Aeróbia (ciclo de Krebs e cadeia
transportadora de elétrons): requer a
presença de oxigênio e ocorre dentro das
mitocôndrias
C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O + 38 ATP
- As matérias-primas e os produtos finais, no funcionamento da mitocôndria
Etapas da Respiração Aeróbica:
GLICÓLISE
(CITOSOL)
CICLO DE KREBS
(MATRIZ MITOCONDRIAL)
CADEIA RESPIRATÓRIA
(CRISTAS MITOCONDRIAIS)
Fase anaeróbia: Glicólise
 Glycolysis: do grego glyk: doce
lysis: dissolução
 Comum a todas as células  sequência de
reações que oxidam uma molécula de glicose a
duas moléculas de piruvato
Glicose + NAD + 2ADP + 2Pi → 2Piruvato + NADH + H + 2ATP + 2H2O
Glicólise
 Antecipa a oxidação aeróbica dos carboidratos
 Ocorre na ausência de oxigênio
 Formação de lactato
 Via de emergência
 Importância no parto normal
 Sobrevivência do tecido cerebral
Glicólise
 Acontece em tecidos com suprimento de O2
+ presença de mitocôndria  Piruvato
Piruvato desidrogenase
Piruvato
CO2 e H2O
mitocôndria
Glicose
(C6H12O6)
Glicose
(C6H12O6)
Ácido pirúvico
(CH3COCOOH)
Ácido pirúvico
(CH3COCOOH)
Ácido pirúvico
(CH3COCOOH)
Ácido pirúvico
(CH3COCOOH)
Etanol
(CH3CH2OH)
Etanol
(CH3CH2OH)
Ácido lático
(C3H6O3)
Ácido lático
(C3H6O3)
Na fermentação
alcoólica, os produtos
finais são o álcool
etílico e o gás
carbônico.
Na fermentação lática,
o produto é o ácido
láctico.
Fermentação Alcoólica (etílica)
- Na fermentação alcoólica, a glicose é quebrada até a
formação do álcool etílico e dióxido de carbono, liberando
energia
Fermentação Lática
- É realizada por bactérias que vivem no leite e por células dos
músculos dos animais. Aqui, além da energia, há produção da
substância chamada Ácido Lático e não há produção do gás
carbônico.
- No caso das bactérias, elas são usadas na fermentação do leite
para produção de queijos, iogurtes e coalhada. No caso das células
musculares, a fermentação ocorre geralmente em casos de
exercícios intensos, quando a respiração aeróbia fica comprometida
por falta de oxigênio para atender ao aumento da energia
consumida.
Destino do ácido pirúvico na respiração
aeróbica
glicose
C6H12O6
2ATP
2ADP + 2Pi
Ciclo de Krebs
4ADP + 4Pi
4ATP
Ácido pirúvico
(piruvato)
C3H4O3
2NAD
2NADH2
Esquema resumido da glicólise.
Ciclo de Krebs
Ácido pirúvico
(piruvato)
C3H4O3
Fase aeróbia
• Ciclo de Krebs ou ciclo do ácido cítrico
• Cadeia respiratória
Mitocôndria
• Formada por 2 membranas.
• Membrana externa é lisa e controla a entrada/saída
de substancias da organela.
• 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.
• Membrana interna contém inúmeras pregas
chamadas cristas mitocondriais, onde ocorre a
cadeia transportadora de elétrons.
Ciclo de Krebs
• Ocorre na matriz mitocondrial.
• Todo carbono responsável pela formação do
grupo acetil é degradado em CO2 que é então
liberado pela célula, caindo na corrente
sanguínea.
• 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
Ciclo de Krebs
ácido pirúvico
(piruvato)
vindo da glicólise
CO2
NAD
NADH2
CoA
acetil-CoA
CoA
ácido oxalacético
(com 4 carbonos)
FADH2
ácido cítrico
(com 6 carbonos)
2 CO2
Ciclo
De
Krebs
3 NAD
FAD
3 NADH2
ATP
ADP +Pi
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.
• 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.
ATP
NADH2
ADP + Pi
2é
FADH2
2é
ATP
B
2é
C
2é
2é
ATP
A
ADP + Pi
A3
ADP + Pi
H2+
1
2
2é
O2
H2O
Resumindo
Alimento
(glicose)
Gás carbônico +água
ENERGIA
ADENINA
Fosfato inorgânico
Trifosfato de adenosina
(ATP)
ADENINA
ADENINA
Difosfato de adenosina
(ADP)
ENERGIA
Fosfato inorgânico
Contração muscular
Rendimento Energético
GLICÓLISE
(CITOSOL)
CICLO DE KREBS
(MATRIZ MITOCONDRIAL)
CADEIA RESPIRATÓRIA
(CRISTAS MITOCONDRIAIS)
2 ATP
2 ATP
32 ATP eucariontes
34 ATP procariontes
Total = 36 ATP a partir de 1 glicose
Vias metabólicas dos carboidratos
Glicogênio
Glicogenólise
Glicogênese
Glicose
Glicólise
Gluconeogênese
Lactato
Citoplasma
Síntese de novo
Destino do lactato
 Combustão a CO2 e H2O
 Conversão em glicose (gluconeogênese)
Requerem oxigênio
Doenças hepáticas, etanol e outras drogas
diminuem a utilização de lactato
Acidose lática



Níveis sanguíneos de lactato
pH
concentrações de bicarbonato
 Causas:
produção
utilização
lactato
O-
O
C
HO C H
CH3
O que leva ao aumento da produção de lactato?
Oxigenação inadequada
Diminuição da fosforilação oxidativa
Queda de ATP
Aumento da atividade da 6-fosfofrutoquinase
(enzima envolvida na glicólise)
Oxidação completa da glicose a CO2 e H2O
32 ATP/glicose
Conversão da glicose em lactato
2 ATP/glicose
Importância da glicólise como via preparatória
Ausência de mitocôndrias em algumas células
Controle da Glicólise
 A necessidade de glicose varia de acordo com
os diferentes estados fisiológicos
 A conversão de glicose em piruvato é
regulada de forma a satisfazer as necessidades
celulares
Gluconeogênese
 Formação de glicose a partir de substratos nãocarboidratos
Síntese de novo de glicose
 Diferentes fontes de carbono
 Diferente de glicogenólise