Professor Fernando Stuchi. Fermentação Respiração Celular Fotossíntese

Transcrição

1 Fermentação Respiração Celular Fotossíntese

2 Alimento e Energia ENERGIA QUIMICA (ATP) Carboidratos Lipídios Proteínas Substância pouco energética Respiração Celular Fermentação Todos alimentos energéticos (carboidratos, lipídios e proteínas), podem ser oxidados pelas células, liberando grande quantidade de energia livre. Essa energia será consumida por diversas reações do corpo, tais como: Transportes de moléculas nas células; Contração dos músculos; Produção de hormônios, substâncias e estruturas celulares; Condução dos impulsos nervosos; Divisão celular e crescimento.

3 Trifosfato de Adenosina (ATP) A energia liberada na oxidação dos alimentos é armazenada em moléculas chamadas Trifosfato de adenosina (ATP). ATP Para formar a molécula energética ATP, a energia é usada para converter o difosfato de adenosina (ADP) em ATP. Fosforilação Adenosina ( adenina + ribose) Trifosfato (3 fósfatos) Difosfato de adenosina (ADP) Adenosina + 2 fosfatos Energia ADP + P ATP Energia

4 Resumo de Metabolismo Energético

5 Conceitos Celulares Os seres vivos podem apresentar dois tipos básicos de células: Seres Procariontes (Reino Monera Bactérias e cianobactérias) apresentam estrutura mais simples (ausência de núcleo organizado e organelas membranosas) e são unicelulares (1 célula). Seres Eucariontes (Reino Protista/ Fungi / Vegetal / Animal) apresentam estrutura mais complexa (núcleo organizado, organelas membranosas) e podem ser uni ou pluricelulares (várias células). Em relação a obtenção do alimento, os seres vivos se dividem em: Heterótrofos Não produzem seu próprio alimento. Autótrofos Produzem seu próprio alimento, através da fotossíntese ou quimiossíntese (algas, plantas, cianobactérias)

6 Célula Procarionte

7 Células Eucarionte Animal

8 Célula Eucarionte Vegetal

9 Fermentação Processo de obtenção de energia por meio da oxidação incompleta da glicose, sem o uso do oxigênio (processo anaeróbico). Observando a fórmula da fermentação alcoólica, grande parte da energia fica retida na molécula de etanol, liberando apenas 2 moléculas de ATP. Esse tipo de fermentação ocorre nos fungos e bactérias, que são utilizados no meio comercial como fonte de bebidas alcoólicas, massas, pães e combustível (álcool). Existem outros tipos de fermentação, tais como: Fermentação Láctica produção de iogurtes, ocorre nos seres aeróbicos quando falta oxigênio (liberação extra de energia na falta de oxigênio) Fermentação Acética Produção de vinagres.

10 Respiração Celular Processo de obtenção de energia por meio da oxidação completa das moléculas energéticas (principalmente a glicose), com uso do oxigênio. Observando a fórmula da respiração celular, toda a glicose foi oxidada, liberando 38 moléculas de ATP no final do processo. As organelas responsável pela respiração celular são as mitocôndrias. Portanto seres mais desenvolvidos (eucariontes), produzem constantemente grande quantidade de energia diária para manter-se vivo. Nutrientes (digestão) Oxigênio (Inspiração) Expiração Pulmões Corrente sanguínea Corrente sanguínea Células (possuem mitocôndrias) Dióxido de Carbono (CO2) Energia

11 Mitocôndria

12 Célula Procarionte Célula Eucarionte Vegetal Célula Eucarionte Animal

13 Respiração Celular - Glicólise (2ATP) A primeira fase da respiração celular chama-se glicólise ou via glicolítica, que resume-se nas seguintes características: Processo anaeróbico (ausência de oxigênio); É a quebra da molécula de glicose, transferindo a energia dessa quebra para a molécula de ATP; Para ocorrer essa quebra, utiliza-se 2 moléculas de ATP, formando-se 2 moléculas de Piruvatos (acido pirúvico) + 2 moléculas de NADH + 4 moléculas de ATP. As moléculas de Piruvato e NADH irão dirigir-se para as mitocôndrias para continuar o processo de respiração celular. 1 glicose (6 C ) 2 ATP 2 Piruvatos + 2 NADH + (3C) Liberação de muita energia 4ATP A coenzima NAD+ resgata parte da energia liberada em forma de elétrons, formando NADH, que irá dirigir-se para as mitocôndrias a fim de auxiliar na próxima fase energética.

14 Respiração Celular Ciclo de Krebs (2ATP) O ciclo de Krebs também chamado de ciclo do ácido cítrico ocorre na matriz mitocondrial e utiliza oxigênio no processo de quebra do ácido pirúvico. O ácido pirúvico (3c) se descarboxila e perde um carbono na forma de CO2, formando uma nova molécula de 2 carbonos (Acetil). Com a integração de uma enzima rica em vitaminas, chamada de coenzima A que agiliza a reação, forma-se a Acetilcoenzima A. A quebra do ácido pirúvico libera energia, que é resgata pela molécula NAD, tornando-se NADH+. Não se esqueça que entram na mitocôndria dois ácidos pirúvicos, portanto formam-se duas moléculas de Acetilcoenzima A e dois NADH+. Acetil

15 Respiração Celular Ciclo de Krebs (2ATP) A função do ciclo de Krebs é alongar o processo de quebra da molécula de glicose, liberando grande quantidade de energia; Reparem na figura que a cada redução de carbono na cadeia, forma-se CO2 e energia que é transportada pelas coenzimas NAD e FAD; Durante o ciclo as duas moléculas de Ácido pirúvico liberam : 2 moléculas de ATP; 8 moléculas de NADH+ 2 moléculas de FADH+

16 Respiração Celular Cadeia Respiratória (34 ATP) Nessa fase as energias contidas nas coenzimas NADH+ e FADH+ serão utilizadas para síntese de grande quantidade de ATP. O processo ocorre nas cristas mitocondriais, sendo auxiliado por proteínas que localizam-se na membrana mitocondrial, com presença de oxigênio. Ubiquinona NADp redutase FADp redutase Citocromo c redutase Citocromo c oxidase ATP sintase Os elétrons (energia) liberados pelo NADH+ e FADH+ são atraídos pelo oxigênio da respiração. Mas para os elétrons chegarem até o oxigênio devem passar pelas proteínas de membrana mitocondrial, liberando assim grande quantidade de energia. Por isso que a Cadeia respiratória também é chamada de Cadeia transportadora de elétrons. Os elétrons ao chegarem no O2 liberam energia para formação da H2O, juntando aos H2.

17 Respiração Celular Cadeia Respiratória (34 ATP) A energia liberada no processo bombeia o H+ para parte externa da membrana mitocondrial, na parte interna da membrana fica com carga negativa. Dessa forma o H+ é atraído para região interna, mas para retornar obrigatoriamente passa pela proteína ATP síntase, que ao girar libera ATP. Cada NADH+ tem energia para produzir 3 moléculas de ATP e cada FADH2 tem energia para produzir 2 moléculas de ATP. Para unir ADP + P (íon fosfato) na formação do ATP, ocorre um processo chamado de fosforilação, que ocorre com a quebra da glicose na presença do oxigênio, por isso chamamos de fosforilação oxidativa. Ubiquinona Citocromo c oxidase NADp redutase FADp redutase Citocromo c redutase Fosforilação oxidativa ATP sintase

18 Respiração Celular Saldo Energético Saldo Total da Respiração Celular: 1. Glicólise 2 ATP 2 NADH2+ 6 ATP 2. Ciclo de Krebs 2 ATP 8 NADH2+ 24 ATP 2 FADH2+ 4 ATP 3. Cadeia Respiratória 6ATP (2 NADH2+) + 24ATP (8 NADH2) + 4ATP (2 FADH2+) = 34 ATP TOTAL - 2 ATP + 2ATP + 34 ATP = 38 moléculas de ATP

19 Fases da Respiração Celular 1.Glicólise (Hialoplasma) É uma etapa comum para a fermentação e respiração celular. Glicose é degradada em 2 moléculas de ácido pirúvico, que penetram na mitocôndria. (liberação de 2ATP) 2ATP Glicose 2 Ácidos Pirúvicos 2.Ciclo de Krebs (Matriz Mitocondrial) O ácido pirúvico é degradado em ácido acetoacético, liberando hidrogênios (H2) e dióxido de carbono(co2). (Liberação de 2ATP). 2ATP AcetilCoA (Ácido Acetoacético) Ácido Pirúvico Co2 / H2 3.Cadeia Respiratória (Crista Mitocôndrial) - Os hidrogênios são transportados pela substância NADPH2, combinam-se com oxigênio, formando água e energia. (Liberação de 34 ATP) H20 NADPH2 34 ATP H2 O2

20 Resumo Respiração Celular 2ATP 2 ATP 34 ATP Equação Geral da Fotossíntese ( Glicólise / Ciclo de Krebs / Cadeia Respiratória) C6H12O6 + 6O2 + 38ADP CO2 + H2O + 38ATP

21 Fotossíntese Processo que consiste na absorção da luz, gás carbônico e água, resultando na formação de carboidratos (glicose), água e oxigênio. A fotossíntese possui as seguintes características: Processo Endotérmico (absorve energia); Ocorrem em seres clorofilados (autótrofos) Produtores; Processo responsável pela formação de matéria orgânica rica em energia.

22 Cloroplastos A estrutura responsável pela fotossíntese são os cloroplastos. GRANAS Tilacóide

23 Fases da Fotossíntese Tilacóides (clorofila) Absorção da luz pelos cloroplastos (clorofila); Formação de moléculas de ATP, NADPH2; Quebra da molécula de água, liberando O2. Estroma (não possui clorofila) Utilização dos produtos da fase luminosa; Absorção do dióxido de carbono (CO2); Formação do carboidrato (CH2O)

24 Fase Clara - Fotoquímica Essa fase ocorre a utilização da energia luminosa para formar energia química (ATP / NADPH) que serão utilizadas para a síntese da molécula de açúcar na etapa química (fase escura) da fotossíntese; Ocorre nos tilacóides que apresentam abundância de clorofila, que através da absorção da luz solar, produz a energia necessária para a formação do composto orgânico (açúcar). A etapa fotoquímica é dividida em: 1. Fotólise da água - Quebra da água através da energia luminosa, liberando oxigênio e hidrogênio para o meio; 2. Fotofosforilação - Formação de moléculas energéticas (ATP / NADPH) através da energia luminosa. A fotofosforilação é dividida em dois tipos: Fotofosforilação Acíclica Quando as moléculas energéticas (ATP / NADPH) são produzidas por determinada clorofila e logo em seguida outro tipo de clorofila utiliza essa energia para seu trabalho Cíclica Quando somente a molécula energética ATP é produzida e utilizada pela mesma clorofila.

25 Fase Clara - Fotoquímica Fotólise da água A energia luminosa (fótons) da luz solar quebra a molécula de água, liberando oxigênio e hidrogênio. Nessa quebra são liberadas duas moléculas de elétrons que juntamente com a energia luminosa enriquece a clorofila P680 de energia (Fotossistema II). 2 A clorofila fica altamente energizada e os elétrons se distanciam, (lembre-se que átomos energizados distanciam-se do núcleo).

26 Fase Clara - Fotoquímica Com a queda de energia da clorofila, os elétrons tendem a retornar. Porém esses elétrons são conduzidos por proteínas transportadoras (Feofitina / Plastoquinina / citocromo / Plastocianina) para outra clorofila, a P700. Durante esse transporte ocorre um bombeamento de prótons de hidrogênio (H+) para dentro dos tilacóides, produzindo ATP (fotofosforilação acíclica formação de ATP com ação da luz). Esse processo é chamado de fotofosforilação acíclica pois os elétrons liberados pela clorofila p680 dirigem-se para outra clorofila p700, caso esses elétrons retornassem para a mesma clorofila, o processo é chamado de fotofosforilação cíclica.

27 Fotofosforilação Cíclica 1. Produz somente ATP 2. Os elétrons produzidos pela clorofila retornam para a mesma, tornando-a extremamente estável. Fotofosforilação Acíclica 1. Produz somente ATP e NADPH 2. Os elétrons produzidos pela clorofila dirigem-se para outra clorofila, dessa forma a clorofila precursora da energia fica extremamente instável e utiliza a energia solar e da quebra da água para repor a energia perdida.

28 Fase Clara - Fotoquímica Ciclo de Calvin Etapa química 4 Com os elétrons conduzidos da clorofila p680, a clorofila p700 (Fotossistema I) fica extremamente energizada co o auxílio da energia luminosa e os elétrons distanciamse. Quando a clorofila perde energia os elétrons são conduzidos para a formação de moléculas energéticas (NADPH). Repare que para a formação de ATP e de NADPH utilizamos prótons H+, esse elemento é fruto da quebra da água (fotólise da água) no início do ciclo. As moléculas energéticas (ATP e NADPH) são utilizadas na etapa química da fotossíntese para a síntese do composto orgânico (açúcar).

29 Fase Escura / Etapa química Lembre-se que os compostos orgânicos produzidos pelos autótrofos serão utilizados pelas mitocôndrias (respiração celular) a fim de produzir abundante moléculas energéticas (ATP / NADPH / FADPH) para sua sobrevivência. Utilização das moléculas energéticas (ATP / NADPH) produzidas na fase clara, para a síntese de açucares, aminoácidos e ácidos graxos; Essa fase ocorre no estroma dos cloroplastos; Embora não utilize diretamente a energia luminosa para a síntese de compostos orgânicos, a fase escura desfruta de moléculas energéticas que foram sintetizadas da fase clara com o uso da energia luminosa.

30 Ciclo de Calvin Etapa química Fase clara Início do ciclo 3 moléculas de CO2 3 moléculas instáveis 6 carbonos Ação da proteína Rubisco 3 moléculas de ribulose (RuBP) 5 carbonos ATP 5 moléculas de gliceraldeído 3 carbonos Ciclo de Kalvin Estroma 6 moléculas de fosfoglicerato (PGA) 3 carbonos ATP NADPH 6 moléculas de gliceraldeído 3 carbonos 1 molécula síntese de açucares / amido / aminoácidos e ácidos graxos e glicerol

31 Relação Respiração e Fotossíntese

32 Obrigado pela paciência!!!