Prof. Dr. Franciscleudo B Costa UATA/CCTA/UFCG

Transcrição

1 Aula 12 e 13 Universidade Federal de Campina Grande Centro de Ciências e Tecnologia Agroalimentar Unidade Acadêmica de Tecnologia de Alimentos BIOQUÍMICA GERAL Reações anfibólicas Visão Geral do Ciclo do Ácido Cítrico Função Ciclo do Ácido Cítrico e Fosforilação Oxidativa Cadeia de Transporte de Elétrons Campus Pombal Fosforilação oxidadiva Ciclo do Ácido Cítrico REAÇÕES ANFIBÓLICAS O ciclo do ácido cítrico ou de Krebs é uma rota anfibólica, ou seja, possui reações catabólicas e anabólicas, com a finalidade de oxidar a acetil-coa (acetil coenzima A), que se obtém da degradação de carboidratos, ácidos graxos e aminoácidos a duas moléculas de. Visão geral do ciclo do ácido cítrico 1. O ciclo do ácido cítrico (ciclo de Krebs ou ciclo do ácido tricarboxílico TCA), oxida biomoléculas metabólicos. 2. O piruvato derivado da glicose será convertido em uma molécula de 2 C, o acetil-coa +. MITOCÔNDRIA 2º Estágio da respiração, oxidação de ácidos carboxílicos Piruvato, 3C Enzima málica Malato, C Oxaloacetato, C Acetil CoA, 2C Citrato, 6C Isocitrato, 6C 3. O ciclo de Krebs é uma rota central para a recuperação de energia a partir de vários combustíveis metabólicos, incluindo carboidratos, ácidos graxos e aminoácidos, que são convertidos a acetil-coa para FADH 2 FAD Fumarato, C Ciclo do Ácido Carboxílico 2-Oxaloglutarato 5C a oxidação.. Fornece reagentes para várias rotas biossintéticas. GTP Sucinato, C Succinil CoA, C 1

2 CATABOLISMO DE MOLÉCULAS ORGÂNICAS Degradação de macromoléculas PROTEÍNAS CARBOIDRATOS LIPÍDIOS Monômeros AMINOÁCIDOS GLICOSE ÀC. GRAXOS PIRUVATO Respiração Aeróbia Acetil-CoA CICLO DE KREBS Respiração aeróbia: a célula obtém energia da molécula de glicose em uma seqüência de quatro vias principais: glicólise, oxidação do piruvato, o ciclo de Krebs e a cadeia de transporte de elétrons. O oxigênio é o receptor final do oxigênio. Na respiração anaeróbia os elétrons são transferidos para outros compostos orgânicos. Produtos metabólicos finais CADEIA RESPIRATÓRIA NH 3 H 2 O Visão geral do ciclo do ácido cítrico 5. Sob condições aeróbicas, o piruvato entra na mitocôndria juntamente com H +, através de uma proteína de transporte simporte, para ser adicionalmente oxidado. 6. O piruvato é convertido a acetil-coa pela piruvato desidrogenase na presença de NAD Os grupos acetil entram no ciclo como parte do composto de alta energia acetil-coa (tioésteres possuem alta energia livre de hidrólise). Flavina adenina dinucleotídeo (FAD) FAD Riboflavina (Vitamina B 2 ) FADH 2 2 e o + 2H + FMN Considerações Importantes 1. 2 átomos de C deixam o ciclo na forma de. Estes 2 átomos que deixam o ciclo são diferentes dos que entraram na mesma volta (ou seja, não vieram do Acetil-CoA). 2. Uma ligação de alta energia é formada - GTP (fosforilação ao nível do substrato) átomos de H deixam o ciclo por volta, 3 como e 2 como FADH 2.. Duas moléculas de H 2 O são consumidas, uma na síntese do citrato e a outra na hidratação do fumarato. 5. dos 8 passos do processo são oxidações e a energia nelas liberada é conservada, com alta eficiência, na formação dos cofatores reduzidos ( e FADH 2 ). Considerações Importantes 6. O e o FADH 2 produzidos no ciclo são oxidados pela CTE na membrana mitocondrial interna. Para cada oxidado formam-se 3 e para cada FADH 2, formam-se 2. Quando os 3 e o FADH 2 são oxidados na CTE, formam-se 11, mais um GTP formado diretamente. Ou seja, 12 ligações fosfato de alta energia são formadas para cada acetil-coa. 7. O oxigênio não participa diretamente do ciclo do ácido cítrico, porém o ciclo só funciona em aerobiose, porque o NAD + e FAD só podem ser regenerados na mitocôndria pela transferência de e - ao O. Portanto, o ciclo do ácido cítrico é estritamente aeróbico. 2

3 Via metabólica Ciclo de Krebs Rendimento energético da respiração Substratos Produtos 1 Sucrose + P i NAD + c Piruvato + P i 16 NAD + m FAD Piruvato c m FADH 2 + Ciclo de Krebs 1 parte + Pi C 12 H 2 O H 2 O H + + 8e - FADH 2 Transporte de elétrons e Fosforilação oxidativa 2 parte 12O 2 + 8H + + 8e - 2H 2 O FADH 2 Energia nas reações químicas Cadeia Transporte de Elétrons ENERGIA ENERGIA energia produto reagentes ENDOTÉRMICA reagente produtos EXOTÉRMICA Ex.: Fotossíntese t 6CO2 + 12H2O + LUZ C6H12O6 +6O2 + H2O energia t Ex.: Respiração celular C6H12O6 + CO2 +6CO2 + 6H2O + Energia E m (volts) - 0, - 0, ,2 + 0, + 0,6 + 0,8 NAD + Succinato Fumarato Complexo I Complexo II 2 e o 2 e o UQ 2 e o Complexo III Cit c 2 e o Complexo IV 2 e o 2 H + + 1/2 O 2 H 2 O Alto nível de energia Transferência de Elétrons NAD + 2e - Complexos Cadeia Transporte Elétrons Espaço entre Membranas FMN 2e - Q 2e - Cyt b Matriz I II III IV V 2e - 2H 2 O Complexo I- desidrogenase Complexo IV- Citocromo C oxidase Baixo nível de energia 2H + + ½ O 2 Complexo II- Succinato desidrogenase Complexo III- Citocromo bc1 Complexo V- sintase 3

4 Cadeia transporte de elétrons mitocondrial Complexo I Complexo III Espaço intermembrana Matriz Complexo II Complexo IV + P i Fosforilação Oxidativa A fosforilação oxidativa é uma via metabólica que utiliza energia libertada pela oxidação de nutrientes de forma a produzir trifosfato de adenosina (). O processo refere-se à fosforilação do em, utilizando para isso a energia libertada nas reações de oxidação-redução. A fosforilação oxidativa é necessária no metabolismo, no entanto, produz espécies reativas de oxigênio como o superóxido e o peróxido de hidrogênio, que induzem a propagação de radicais livres, danificando componentes celulares (oxidando proteínas e lipídios de membrana) e contribuindo para processos de envelhecimento celular e patologias. Mecanismos Alternativos Redução de Espaço intermembrana Inibidores da CTE mitocondrial I II III IV V Matriz + P Oxidase alternativa i Rotenona Malonato COO Antimicina A Mixotiazol CH 2 COO Cianeto Oligomicina B Azida CO Termogênese (Aráceas) Sauromatum guttatum Espádice superior Bráctea Funções fisiológicas da OX alt e da PUMP Produção de intermediários metabólicos quando a [] Regeneração de NAD + quando a CTE estiver saturada Produção de calor Flores masculinas Espádice inferior - rompimento da camada de gelo - volatilização de compostos atrativos para polinização Mecanismo antioxidativo (evitar producão radicais livres) Flores femininas

5 Respiração Aeróbica / Sacarose CITOSOL MATRIZ MITOCÔNDRIAS Ciclo de Krebs MEMBRANA INTERNA Fosforilação Oxidativa + = FADH 2 = % energia livre 3.010kJ mol -1 + Calor Rendimento energético da respiração Via metabólica Ciclo de Krebs Fosforilação oxidativa Substratos Produtos 1 Sucrose + P i NAD + c Piruvato + P i 16 NAD + m FAD Piruvato c m FADH 2 12 O 2 2 H 2 O c NAD + c/m 16 m 16 NAD + m FADH 2 FAD (Citosol) Respiração Ciclo de Krebs (Mitocôndria) Cadeia transportadora de elétrons Fase de ingresso ao ciclo de Krebs Acetil CoA + - piruvato Ca 2+ Piruvato PDH cinase CoA NAD + Acetil CoA PDH ativo P PDH inativo PDH fosfatase + Insulina Ca 2+ P Importante: Um alto valor da relação [] / [] ou da relação [] / [NAD + ] INIBE o ciclo de Krebs Oxalo-acetato (-) (-) (-) Succinil CoA Citrato Ciclo do Glioxalato Malato Fumarato Succinato Succinil-CoA Isocitrato (-) (-) (+) -ceto-glutarato (+) Ca 2+ (-) (-) (-) Succinil CoA (+) Ca 2+ 5

6 Função O ciclo de Krebs é responsável por cerca de 2 / 3 do total da oxidação de C na maioria das células. Os produtos dessa via são e e - na forma de. O é descartado do ciclo, enquanto os e - de alto energia do passam por uma CTE ligada à membrana e combina-se com o O 2, produzindo H 2 O. Embora o ciclo de Krebs, em si, não use O 2, mas ele é necessário, pois não há outra forma eficiente do livrar-se dos e -, e assim, regenerar o NAD + necessário para manter o ciclo funcionando. Tecidos diferentes respiram com taxas diferentes Folha Nó Entrenó Gema Apical do caule Fitômero Apical da raíz Respiração de plantas de girassol em desenvolvimento liberado (mg g -1 MS h -1 ) Início do florescimento Dias após a germinação 100 Estádios do desenvolvimento de frutos Divisão respiração respiração Alongamento Maturação crescimento do fruto climatérica não climatérica Tempo Climatérico Senescência Climatério em banana 6 0 3, 0 Produção de CO de 2 (ml/kg/h) ml -1 h C 2 H 2, 5 2, 0 1, 5 1, 0 0, 5 0, 0 Produção de etileno de C 2 H ( /kg/h) ml -1 h D ia Armazenamento, s a p ó s a c o lh dias e it a 6

7 Fatores ambientais Composição da atmosfera, e O 2 Temperatura Atividade metabólica com controle de O 2 e Ar O 2 O 2 anaerobiose CO2 O 2 < 1-2% > 20% Estresses Fatores de natureza biótica e abiótica O 2 CO2 3-8% O 2 / 3-10% / N 2 Atmosfera Modificada Otimizada 7