Membrana interna. Cristas. Matriz Membrana externa. P i P i P i. 7,3 kcal/mol 7,3 kcal/mol 3,4 kcal/mol

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1 BIEERGÉTIA a célula milhares de compostos estão a ser sintetizados e degradados em simultâneo. Metabolismo: é o conjunto de todas as reacções envolvidas na manutenção deste estado dinâmico. o geral as reacções metabólicas podem ser divididas em dois grupos: reacções catabólicas e reacções anabólicas. nosso organismo utiliza uma via catabólica diferente para cada família de macromoléculas, porém todas elas convergem para uma única via. principal propósito das diferentes vias catabólicas é converter a energia química dos alimentos em moléculas de ATP e obter ainda percursores para síntese de determinados metabolitos. 1

2 A célula e a Mitocôndria A célula animal típica possui inúmeros componentes os quais servem para diferentes funções. 2

3 A mitocôndria é o organelo dos organismos superiores onde ocorre a via catabólica comum. 3

4 Membrana interna ristas Matriz Membrana externa As enzimas do ciclo do ácido cítrico estão essencialmente localizadas na matriz mitocondrial. s principais componentes da via catabólica comum Existem duas partes comuns à via catabólica: 1ª ciclo do ácido cítrico, 2ª fosforilação oxidativa. É importante compreender a molécula de ATP. As ligações P--P do anidrido fosfórico contém mais energia química (7,3 kcal/mol) do que as ligações --P dum fosfoéster (3,4 kcal/mol). P i P i P i ATP ADP AMP A 7,3 kcal/mol 7,3 kcal/mol 3,4 kcal/mol 4

5 ATP e o ADP cotem ligações fosfato de elevada energia. ATP é uma forma de armazenamento de energia por um curto tempo de vida. A molécula de ATP permanece na célula durante, aproximadamente, 1 minuto. Estimativas sugerem que durante um exercício violento o corpo humano produz e degrada mais de 0,5 Kg de ATP por minuto ( /min). Para além do ATP, outras moléculas podem também ser utilizadas como moléculas armazenadoras de energia, são elas as coenzimas AD + e FAD. 5

6 2 icotinamida + 2 Ribose 2 - P - P ADP 2 AD P P Flavina Ribitol ADP Riboflavina FAD 6

7 As coenzimas AD + e FAD são muitas vezes vistas como moléculas transportadoras de electrões. utra molécula importante nesta via catabólica comum é a coenzima A (o A), a qual é uma molécula transportadora de um grupo acetilo. A coenzima A também contém ADP, o qual está ligado ao ácido pantoténico (uma das formulas estruturais da vitamina B) oa S 3 Ligação de elevada energia 7

8 3 2 S oa Piruvato desidrogenase AD + AD S oa 3 8

9 Bioenergética: conversão dos alimentos em energia

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12 3 Piruvato 2 S-oA Piruvato desidrogenase AD + AD S oa 3 Acetil oa Reacções do ciclo do ácido cítrico ciclo do ácido cítrico também conhecido por ciclo de Krebbs ou dos ácidos tricarboxílicos é constituído por 8 passos: 1ª reacção: enzima citrato sintase S oa itrato sintase S-oA 2 2 Acetil oa xaloacetato itrato G º=-32,2 kj/mol Esta é a única reacção do ciclo do ácido cítrico na qual há formação de uma ligação -.

13 S oa S oa S oa AsP - carbanião 2ª reacção: enzima aconitase 2 2 aconitase aconitase 2 2 itrato is-aconitato 2R-3S-Isocitrato 3ª reacção: enzima isocitrato desidrogenase G º=13,3 kj/mol AD(P)+ + 2 AD(P) + Isocitrato desidrogenase Isocitrato 2 desidrogenase + 2R-3S-Isocitrato xalo succinato α-cetoglutarato G º=-20,9 kj/mol

14 4ª reacção: enzima α-cetoglutarato desidrogenase 2 2 AD AD + α-cetoglutarato desidrogenase S-oA S-oA α-cetoglutarato Succinil oa G º=-33,5 kj/mol 5ª reacção: enzima succinil-oa sintase 2 2 S-oA GDP+Pi GTP Succinil oa sintase S-oA 2 2 Succinil oa Succinato G º=-2,9 kj/mol

15 P S-oA is S-oA 2 2 S-oA P - is P - is GDP+ + GTP GDP+ + GTP 4 is 6ª reacção: enzima succinato desidrogenase 2 2 Succinato FAD 2 FAD Succinato desidrogenase Fumarato G º=0 kj/mol

16 7ª reacção: enzima fumarase Fumarato 2 Fumarase L-Malato G º=-3,8 kj/mol 8ª reacção: enzima L-Malato desidrogenase L-Malato AD + + AD + Malato desidrogenase 2 xaloacetato G º=29,7 kj/mol

17 omo é que o ciclo do ácido cítrico leva à produção de energia? uma das etapas há formação de uma molécula de elevada energia (GTP) e noutras duas há conversão de AD + em AD e FAD em FAD 2. Estas coenzimas transportam + e electrões (potencial redutor) que podem num processo subsequente ser utilizadas para a síntese de ATP. ciclo para oxidação do acetato para além de maximizar a conservação da energia obtida, proporciona ainda materiais de partida para a síntese de aminoácidos e proporciona um

18 excelente método para regulação da velocidade das reacções catalíticas. Reacção representativa da totalidade das reacções do ciclo do ácido cítrico: AD + + FAD AD + FAD ciclo do ácido cítrico é controlado por um mecanismo de feedback Quando alguns dos produtos formados (ATP e AD) são acumulados, observa-se a inibição de

19 algumas enzimas do ciclo: citrato sintase, isocitrato desidrogenase, α-cetoglutarato desidrogenase. Quando a acetil-oa é abundante, a velocidade do ciclo é aumentada, sendo a enzima isocitrato desidrogenase estimulada por ADP e AD +.

20 Fosforilação oxidativa As coenzimas reduzidas (AD e FAD2) são produtos finais do ciclo do ácido cítrico, que podem reduzir o oxigénio a água: e Esta reacção altamente exotérmica é realizada em diversas etapas, de forma a maximizar-se a conservação da energia libertada. A transferência dos electrões até ao oxigénio faz-se através de várias enzimas de acordo com uma determinada sequência.

21 São bombeados 6 + por cada AD oxidado e 4 + por cada FAD 2 oxidado. Fosforilação e a bomba quimiosmótica Peter Mitchell em 1961 formulou a teoria quimiosmotica: a energia obtida da transferência de electrões é conservada na formação de um gradiente de protões. A força motora que leva a que ocorra um movimento espontâneo de iões das regiões de maior concentração para as de menor concentração leva a que os iões retornem à matriz através de uma enzima transmembranar denominada por ATPase/ATPsintase (complexo V). Esta enzima catalisa a conversão de ADP em ATP: ADP + P i ATP + 2 Equações globais da fosforilação oxidativa AD+3ADP+½ 2 +3P i + + AD + +3ATP+ 2

22 FAD 2 +2ADP+½ 2 +2P i FAD+2ATP+ 2 Rendimento energético A energia libertada na cadeia transportadora de electrões é conservada na molécula de ATP. Por cada 2 protões que entram na matriz mitocondrial ocorre a produção de uma molécula de ATP. Por cada grupo acetilo que entra no ciclo do ácido cítrico são obtidos 3 AD e 1 FAD2 mais 1 GTP. 3AD x 3ATP/AD = 9 ATP 1FAD 2 x 2ATP/FAD 2 = 2 ATP 1GTP = 1 ATP 12 ATP ADP+12P i 12ATP + 2 2