Biologia e Bioquímica II 2009/2010

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1 Biologia e Bioquímica II 009/010 Módulo II - Mitocôndria Sessão 6 Ficha de trabalho 1. Qual a importância energética da glicólise se no balanço final só há produção de ATP e, 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 ), 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 e FADH). Esses electrões, através da fosforilação oxidativa, irão permitir a obtenção de uma grande quantidade de ATP.. 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 ATP (que se obtiveram na glicólise), ou seja, cerca de 18 vezes inferior. A diferença metabólica entre os 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 CO? No final da glicólise, os piruvatos (3C) ainda mantêm os 6 carbonos da glicose. Ao entrar na mitocôndria, cada piruvato (3C) forma acetil-coa (C) e liberta uma molécula de CO (1C). Por fim, os carbonos da acetil-coa são também libertados na forma de CO no ciclo de Krebs. Como a glicose origina piruvatos, são necessários ciclos de Krebs. 4. O esquema seguinte representa a respiração celular. Os rectângulos 1, 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 ADP 0 FAD 0 Ciclo de Krebs Oxidação do piruvato 0 Glicólise 1 4 b. Em que compartimento(s) celular(es) ocorrem as vias 1, e 3? 1 citosol matriz mitocondrial 3 membrana interna da mitocôndria (cristas mitocondriais) 1

2 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 Capilar sanguíneo Glicólise Glicose Membrana plasmática Mitocôndria Oxigénio. Oxigénio Glicólise Acetil-CoA Ciclo de Krebs Cadeia transp. de electrões Glicose Mitocôndria 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: C: D: 34 Estrutura Citosol ATP Formado A Gasto B Mitocôndria Matriz C - Membrana interna D - Saldo ATP 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 produzidos na glicólise encontram-se no citosol. Como a membrana interna da mitocôndria é impermeável ao, este não pode passar directamente para o seu interior. Assim, para que os electrões que os carregam possam participar na cadeia transportadora de electrões e produzir ATP (na fosforilação oxidativa), eles terão de ser transferidos para o interior da mitocôndria. Acontece que os electrões desses podem ser transferidos por 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 oxida-se e promove a formação de outro na matriz mitocondrial. Esse irá gerar a formação de 3 ATP. Se for usado o sistema glicerol-3-fosfato a oxidação do promove, desta vez, a formação de FADH na matriz mitocondrial. Esse FADH irá então gerar apenas ATP. Então, os da glicólise podem potenciar a formação de 6 ATP ou 4 ATP (correspondentes a FADH gerados). Resumindo: sistema malato-aspartato 6 ATP TOTAL de 38 ATP sistema glicerol-3-fosfato FADH 4 ATP TOTAL de 36 ATP citosol espaço intermembranar Mal. Asp. matriz mitocondrial FAD FADH 3 ATP ATP

3 8. Quantas moléculas de ATP são produzidas com a oxidação completa até CO e HO de um ácido gordo saturado contendo 1 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 e 1 FADH. Em cada beta-oxidação, a cadeia do ácido gordo é diminuída em carbonos, que correspondem à formação de 1 acetil-coa. Este processo é espiral, ou seja, a beta-oxidação de ác. gordo de 1C 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 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: beta-oxidações Cálculos: FADH beta-oxidação 5 5 FADH 6 acetil-coa ciclo de Krebs (6 3) 18 (6 1) 6 FADH (6 1) 6 ATP fosf. oxidativa (5 3) 15 ATP (5 ) 10 ATP (18 3) 54 ATP (6 ) 1 ATP somatório 15 ATP 10ATP 54 ATP 1 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 8 FADH 9 acetil-coa Cálculos: beta-oxidação ciclo de Krebs fosf. oxidativa somatório 8 8 FADH 9 acetil-coa (9 3) 7 (9 1) 9 FADH (9 1) 9 ATP (8 3) 4 ATP (8 ) 16 ATP (7 3) 81 ATP (9 ) 18 ATP 4 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: e FADH 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

4 1. 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) H O b) CO c) movimento d) calor 4

5 g. Na cadeia transportadora de electrões, tudo o que se segue é verdade EXCEPTO a) A oxidação de uma molécula de 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