METABOLISMO ENERGÉTICO RESPIRAÇÃO CELULAR FERMENTAÇÃO FOTOSSÍNTESE QUIMIOSSÍNTESE

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1 METABOLISMO ENERGÉTICO RESPIRAÇÃO CELULAR FERMENTAÇÃO FOTOSSÍNTESE QUIMIOSSÍNTESE

2 RESPIRAÇÃO CELULAR Processo de produção de energia a partir da degradação completa de compostos orgânicos energéticos (ex.: glicose) à compostos inorgânicos (ex.: H2O e CO2). Com participação de oxigênio: Respiração Celular Aeróbica Sem participação de oxigênio: Respiração Celular Anaeróbica

3 RESPIRAÇÃO AERÓBICA FASES: 1) ETAPA ANAERÓBICA: Não há dependência do oxigênio No citoplasma das células Etapa comum a fermentação De baixo rendimento energético Reação: Glicólise

4 GLICÓLISE: Reações químicas catalisadas por enzimas livres no citosol, em que uma molécula de glicose é quebrada em duas moléculas de ácido pirúvico, com um saldo líquido de 2 ATP.

5 GLICÓLISE SIMPLIFICADA

6 EQUAÇÃO QUÍMICA DA GLICÓLISE: C 6 H ADP + 2Pi + 2NAD + 2 C 3 H 4 O 3 + 2ATP + 2 NADH + 2H + RENDIMENTO DA GLICÓLISE: 2 moléculas de ácido pirúvico 2 moléculas de NADH 2 moléculas de ATP OBS.: NAD (nicotinamida adenina dinucleotídeo) O NAD + atua captando elétrons de alta energia liberados da degradação de moléculas orgânicas, e fornecendo-os, em seguida, aos sistemas de síntese de ATP Pela capacidade de aceitar elétrons energizados e íons H + correspondentes, o NAD + é denominado aceptor de elétrons ou aceptor de hidrogênio.

7 2) ETAPA AERÓBICA Com participação e dependência de oxigênio De elevado rendimento energético O interior da mitocôndria Reações: Formação de acetil-coa: na matriz mitocondrial Ciclo de Krebs ou ciclo do ácido cítrico: na matriz mitocondrial Fosforilação oxidativa (Cadeia Respiratória ou Cadeia transportadora de elétrons): na membrana mitocondrial interna. Obs.: em procariotos a formação do acetil e o ciclo de Krebs ocorrem no citosol, já a fosforilação oxidativa ocorre na membrana.

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9 Obs.: Origem mitocondrial por endossimbiose

10 FORMAÇÃO DO ACETIL-CoA Rendimento: 1 NADH por ácido pirúvico, totalizando 2 NADH por molécula de glicose que inicia o processo. OBS.: O acetil-coa é o intermediário comum no metabolismo aeróbio de glicídios, de lipídios e, eventualmente, de proteínas. Isso quer dizer que essas substâncias só podem ser usadas pela mitocôndria como fonte de energia depois de transformadas em acetil-coa.

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12 RENDIMENTO DO CICLO DE KREBS: Por molécula de acetil-coa que entra no ciclo: 3 NADH x 2 acetil-coa = 6 NADH 1 FADH2 x 2 acetil-coa = 2 FADH 1 ATP x 2 acetil-coa = 2 ATP RENDIMENTO APÓS GLICÓLISE, FORMAÇÃO DO ACETIL-CoA E CICLO DE KREBS

13 FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA A síntese da maior parte do ATP gerado na respiração celular está acoplada à reoxidação das moléculas de NADH e FADH 2, que se transforma em NAD + e FAD. A reoxidação do NADH e FADH 2 envolve a ação de complexos protéicos (citocromos e algumas proteínas quinonas) presentes na membrana mitocôndrial interna e cristas mitocondriais. A esses complexos dá-se o nome de cadeia respiratória ou cadeia transportadora de elétrons.

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15 FUNCIONAMENTO DA CADEIA RESPIRATÓRIA Elétrons doados pelo NADH e FADH 2 são captados pelas proteínas transportadoras de elétrons com alto nível energético, sendo conduzidos ao longo da cadeia, o que leva à perda de seu conteúdo energético. A energia liberada será usada para produção de ATP, e os elétrons descarregados serão captados pelo gás oxigênio, reduzindo-o e levando a formação de H 2 O.

16 FOSFORLAÇÃO OXIDATIVA

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18 TEORIA QUIMIOSMÓTICA A energia liberada pelos elétrons durante sua passagem pela cadeia respiratória é usada para forçar a transferência de íons H + para o espaço intermembrana. Elétrons liberados pelo NADH: fornecem energia suficiente para transportar 10 íons H + Elétrons liberados pelo FADH 2 : fornecem energia suficiente para transportar 6 íons H + A energia liberada pelos elétrons com alta energia obtidos de uma molécula de glicose em sua passagem pela cadeia respiratória pode formar até um máximo de 26 ou 28 moléculas de ATP

19 BALANÇO ENERGÉTICO DA RESPIRAÇÃO AERÓBIA

20 BALANÇO ENERGÉTICO TRADICIONAL DA RESPIRAÇÃO AERÓBIA

21 TEORIA QUIMIOSMÓTICA DE PRODUÇÃO DE ATP Condições para que ocorra a fosforilação oxidativa: Bombeamento de prótons pela cadeia respiratória, criando um fluxo da matriz para o espaço intermembrana. Membrana mitocondrial interna impermeável a prótons e íntegra.

22 Eventos na membrana mitocondrial interna: A Cadeia Respiratória, ao transportar os elétrons, bombeia prótons da matriz para o citosol; A membrana mitocondrial interna, por ser impermeável a prótons, impede o retorno destes à matriz; Cria-se um GRADIENTE DUPLO - de ph e eletrostático - através da membrana mitocondrial interna, que gera uma situação de alta instabilidade e, por consequência, uma força que atrai os prótons de volta (força próton-motriz) A força próton-motriz dirige o refluxo de prótons à matriz mitocondrial através dos canais de prótons da SINTETASE DO ATP A passagem dos prótons pela SINTETASE DO ATP determina a síntese do ATP.

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24 FERMENTAÇÃO

25 FERMENTAÇÃO Processo de degradação parcial de moléculas orgânicas com liberação de energia para formação de ATP, em que o aceptor final de elétrons e H + é uma molécula orgânica. Local de ocorrência: Citosol Envolve apenas a reação de glicólise

26 Tipos: Fermentação láctica Ex.: em bactérias, células musculares e fungos Fermentação alcoólica Ex.: fungos (levedura) e bactérias Fermentação acética Ex.: acetobactérias

27 Fermentação láctica OCORRÊNCIA: principalmente bactérias, alguns fungos e células do tecido muscular esquelético. IMPORTÂNCIA: produção de energia em células musculares quando em condições de insuficiência de oxigênio; azedamento do leite (produção de iogurte), produção de queijo.

28 OBS.: Consequências da fermentação láctica nas células musculares: O excesso de ácido láctico pode se acumular nos músculos esqueléticos, contribuindo para a fadiga muscular e cãimbra. Gera intoxicação das fibras Destino do ácido láctico: É lançado no sangue e reabsorvido pelos hepatócitos sendo reoxidado a ácido pirúvico. O acido pirúvico será utilizado no metabolismo energético na mitocôndria ou reconvertido a glicose (gliconeogênese).

29 Fermentação alcoólica OCORRÊNCIA: principalmente em bactérias e leveduras (Saccharomyces cerevisiae) IMPORTÂNCIA: produção de bebidas alcoólicas (vinho e cerveja) e na fabricação de pão.

30 Fermentação acética OCORRÊNCIA: bactérias denominadas acetobactérias IMPORTÂNCIA: utilizada na fabricação de vinagre e responsável pelo azedamento do vinho e de sucos de frutas.

31 FOTOSSÍNTESE

32 DEFINIÇÃO Fenômeno fisiológico característico de organismos autotróficos responsável pela formação de compostos orgânicos a partir de compostos inorgânicos, usando para isso energia luminosa.

33 REPRESENTAÇÃO Equação geral: 6 CO H 2 O C 6 H 12 O O 2 Equação completa: 6 CO H 2 O C 6 H 12 O O H 2 O

34 OCORRÊNCIA Plantas nos cloroplastos Algas nos cloroplastos Certas bactérias Cianobactérias e proclorófitas Em sistemas membranosos presentes no citoplasma

35 CLOROPLASTOS

36 PLASTOS São orgânulos citoplasmáticos encontrados nas células de plantas e de algas, relacionados ao armazenamento, à coloração e à fotossíntese.

37 OBS.: PROPLASTOS Os plastos surgem, basicamente, a partir de estruturas citoplasmáticas denominadas proplastos, pequenas bolsas esféricas, com cerca de 0,2 micrometros de diâmetro, delimitadas por duas membranas. No interior dos proplastos existem DNA, enzimas e ribossomos, mas não há tilacóides nem clorofila. Os proplastos são capazes de se dividir e são herdados de geração em geração celular, sendo transmitidos pelos gametas.

38 TIPOS DE PLASTOS

39 ORIGEM ENDOSSIMBIÓTICA

40 ETAPAS DA FOTOSSÍNTESE

41 ETAPAS DA FOTOSSÍNTESE A) ETAPA FOTOQUÍMICA Etapa em que há participação de luz Ocorrência: membrana tilacóide Envolve a participação dos pigmentos fotossintetizantes presentes nos fotossistemas Reações: Fotólise da água Fotofosforilação ciclica Fotofosforilação acíclica

42 FOTOSSISTEMAS Representam as unidades fotossintetizantes, formadas por moléculas de clorofila e outros pigmentos acessórios, substâncias aceptoras de elétrons e enzimas que se organizam nos complexos antena e por um centro de reação formado por um complexo proteína-pigmento.

43 TIPOS DE FOTOSSISTEMAS Fotossistema I Composto de clorofila a (P700) Absorve mais eficientemente o comprimento de onda 700nm Fotossistema II Composto de clorofila a (P680) Absorve melhor o comprimento de onda 680nm

44 REAÇÕES Fotólise da água Quebra da molécula de água por ação da luz H + : para o NADP - e - : para o para a clorofila a P700

45 FOTOFOSFORILAÇÃO Adição de fosfato ao ADP formando ATP em presença de luz Pode ser cíclica ou acíclica Fotofosforilação cíclica Envolve apenas o fotossistema I Fotofosforilação acíclica Envolve os fotossistemas I e II

46 FOTOFOSFORILAÇÃO CÍCLICA O elétron que deixa a clorofila é o mesmo que retorna Tem por finalidade a produção de ATP, que será usado na fase química da fotossíntese.

47 FOTOFOSFORILAÇÃO ACÍCLICA Os elétrons que deixam a clorofila não são os mesmos que voltam. Forma ATP e NADPH que serão utilizados na etapa química da fotossíntese.

48 B) ETAPA QUÍMICA Ocorre no estroma do cloroplasto Não depende da luz Depende da etapa fotoquímica Requer ATP Requer NADPH É a etapa de fixação do carbono Reação: Ciclo das pentoses ou ciclo de Calvin-Benson

49 Representação

50 DESTINO DOS PRODUTOS Sair do cloroplasto para formar sacarose no citosol Uso na respiração Converter a outras substâncias orgânicas Aminoácidos, lipídios, celulose Formar amido para armazenamento

51 FATORES LIMITANTES DA FOTOSSÍNTESE 1) INFLUÊNCIA DA LUZ PONTO DE SATURAÇÃO LUMINOSA PONTO DE COMPENSAÇÃO LUMINOSA

52 2) INFLUÊNCIA DO GÁS CARBÔNICO CONCENTRAÇÃO DE CO2 NA ATMOSFERA: 0,03% Aumentando a concentração de CO2 a velocidade da fotossíntese aumenta até que a luz ou outros fatores passem a ser limitantes.

53 3) INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA AUMENTO DA TEMPERATURA: acelera as reações da fase escura mas interfere pouco na fase clara, que depene apenas de energia luminosa. PLANTA POUCO ILUMINADA: elevação da temperatura terá pouco efeito (pouco NADPH e ATP). PLANTA MUITO ILUMINADA: elevação da temperatura provoca aumento significativo na velocidade (muito NADPH e muito ATP).

54 QUIMIOSSÍNTESE Utiliza energia liberada por reações oxidativas de substâncias inorgânicas simples para produção de matéria orgânica Ex.: hidrogênio, amônia, nitrito, nitrato, ferro, manganês. Realizada por algumas bactérias

55 Exemplos: Ferrobactérias: Nitrobactérias:

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