Metabolismo Energético das Células. Processos Exergônicos: Respiração Celular Fermentação

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1 Metabolismo Energético das Células Processos Exergônicos: Respiração Celular Fermentação

2 Introdução Processos endergônicos - Característica: Precisam receber energia. - Ex.: Fotossíntese e quimiossíntese. Processos exergônicos - Característica: Liberam energia. - Ex.: Respiração e fermentação.

3 Reação Nível de energia Produtos Reagentes Endotérmica Nível de energia Reagentes Produtos Exotérmica

4 ATP Trifosfato de Adenosina Esse composto armazena, em suas ligações, fosfato, parte da energia desprendida pelas reações exergônicas e tem a capacidade de liberar, por hidrólise, essa energia armazenada para promover reações endergônicas.

5 Molécula de ATP Adenina Fosfato Ribose NUCLEOSÍDEO NUCLEOTÍDEO = adenosina monofosfato (AMP) Adenosina difosfato (ADP) Adenosina trifosfato (ATP)

6 ATP em ação A Calor ATP Calor C e e B ADP + Pi D Reação exotérmica Reação endotérmica Reação exotérmica Reação endotérmica REAÇÕES ACOPLADAS

7 Transportadores de elétrons e hidrogênios Nos processos endergônicos (fotossíntese e quimiossíntese) e exergônicos (fermentação e respiração), ocorrem muitas reações de oxido-redução (REDOX), ou seja, reações de transferência de elétrons. Nessas reações quem: perde elétrons = sofre oxidação ganha elétrons = sofre redução

8 Transportadores de elétrons e hidrogênios Os elétrons e hidrogênios extraídos da oxidação das moléculas orgânicas são capturados por transportadores: NAD+ e FAD. Formas Formas oxidadas reduzidas NAD+ NADH + H+ FAD FADH2

9 Respiração Processo de síntese de ATP que envolve a cadeia respiratória. Tipos AERÓBIA em que o aceptor final de hidrogênios é o oxigênio. ANAERÓBIA em que o aceptor final de hidrogênio não é o oxigênio, e sim outra substância (sulfato, nitrato).

10 Respiração em Eucariontes CITOPLASMA MITOCÔNDRIA Glicose (6 C) C 6 H 12 O 6 Piruvato (3 C) Saldo de 2 ATP FASE ANAERÓBIA 2 CO 2 Ciclo de Krebs 2 ATP 4 CO 2 H 2 Saldo de 32 ou 34 ATPs FASE AERÓBIA 6 O 2 6 H 2 O

11 Respiração Aeróbia Utilizada por procariontes, protistas, fungos, plantas e animais. Molécula principal: glicose. Etapas: Glicólise (não usa O 2- ). Etapa anaeróbia Formação do Acetil CoA Ciclo de Krebs Cadeia respiratória (usa O 2 ) Obs.: Procariontes: glicólise e ciclo de Krebs ocorrem no citoplasma e a cadeia respiratória na membrana. Eucariontes: glicólise ocorre no citosol e, nas mitocôndrias, o ciclo de Krebs (matriz) e a cadeia respiratória (cristas).

12 Glicólise ATP ADP Glicose (6C) C 6 H 12 O 6 ATP ADP P ~ 6 C ~ P 3 C ~ P 3 C ~ P Pi NAD NADH P ~ 3 C ~ P ADP P ~ 3 C ATP ADP ATP NAD Pi NADH P ~ 3 C ~ P ADP ATP P ~ 3 C ADP ATP 3 C Piruvato 3 C Piruvato 1. Duas moléculas de ATP são utilizadas para ativar uma molécula de glicose e iniciar a reação. 2. A molécula de glicose ativada pelo ATP divide-se em duas moléculas de três carbonos. 3. Incorporação de fosfato inorgânico e formação de NADH. 4. Duas moléculas de ATP são liberadas recuperando as duas utilizadas no início. 5. Liberação de duas moléculas de ATP e formação de piruvato.

13 Glicólise

14 Glicólise Função: quebra de moléculas de glicose e formação do piruvato (ácido pirúvico). Local: citosol Procedimento: Glicose 2 piruvato: liberação de hidrogênio e energia. 2NAD 2NADH. Produção:4 ATP Gasto: 2ATP Saldo energético: 2 ATP O piruvato formado entra na mitocôndria e é convertido em acetil CoA, que segue para o ciclo de Krebs.

15 Formação do Acetil (matriz mitocondrial) Piruvato acetil : liberação de CO 2 e H.

16 Ciclo de Krebs Nomes: ciclo do ácido cítrico ou ácido tricarboxílico. Mentor: Hans Adolf Krebs, 1953) Local: matriz mitocondrial Procedimento: Acetil-coenzima A (acetil-coa): entra no ciclo de Krebs. Ciclo de Krebs: liberação de CO 2, ATP, NADH, FADH 2 Cada ciclo de Krebs forma: 1 ATP, 2CO2, 3NADH e 1FADH2. Obs.: Todo o gás carbônico liberado na respiração provém da formação do acetil e do ciclo de Krebs.

17 Ciclo de Krebs

18 Cadeia Respiratória

19 Cadeia Respiratória Cada NADH que chega na cadeia respiratória irá gerar energia suficiente para produzir 3ATP (2,5). Cada FADH2 que chega na cadeia respiratória irá gerar energia suficiente para produzir 2 ATP (1,5).

20 Cadeia respiratória Função: formação de ATP Local: crista mitocondrial Procedimento: Fosforilação oxidativa:transferência de hidrogênios pelos citocromos, formando ATP e tendo como aceptor final o oxigênio e a formação de água Obs.: O rendimento energético para cada molécula de glicose é de36 ou 38 moléculas de ATP.

21 Visão geral do processo respiratório em célula eucariótica Citosol 1 ATP Glicose (6 C) C 6 H 12 O 6 1 ATP 1 NADH 1 NADH 6 O 2 32 ou 34 ATP Piruvato (3 C) Piruvato (3 C) 2 CO 2 4 CO 2 2 ATP 6 H 2 O Mitocôndria 2 acetil-coa (2 C) 2 NADH Ciclo de Krebs 6 NADH 2 FADH Total: 10 NADH 2 FADH 2 Crista mitocondrial

22 Respiração Anaeróbia Utilizada por bactérias desnitrificantes do solo como a Pseudimonas disnitrificans. Elas participam do ciclo de nitrogênio devolvendo o N 2 para a atmosfera. Molécula principal: glicose e nitrato. Fórmula: C 6 H 12 O 6 + 4NO 3 6CO 2 + 6H 2 O + N 2 + energia

23 Fermentação Processo anaeróbio de síntese de ATP que ocorre na ausência de O 2 (solos profundos e regiões com teor de O 2 quase zero) e que não envolve a cadeia respiratória. Aceptor final: composto orgânico. Seres Anaeróbios: ESTRITOS: só realiza um dos processos anaeróbios (fermentação ou respiração anaeróbia). Ex.: Clostridium tetani FACULTATIVAS: realizam fermentação ou respiração aeróbia. Ex.: Sacharomyces cerevisiae Procedimento: Glicose degradada em substâncias orgânicas mais simples como: ácido lático (fermentação lática) e álcool etílico (fermentação alcoólica).

24 Fermentação Lática O piruvato é transformado em ácido lático. Realizada por bactérias (ex. lactobacilos), fungos, protozoários e por algumas células humanas (tecido muscular) em determinadas condições. Exemplos: Fadiga muscular: fermentação devido à insuficiência de O 2. Azedamento do leite. Produção de iogurte, coalhadas.

25 Fermentação Lática ATP NADH Piruvato (3 C) NAD Ácido lático 3 C Glicose (6 C) C 6 H 12 O 6 Glicólise ATP Piruvato (3 C) NADH Ácido lático 3 C NAD

26 Fermentação Alcoólica O piruvato é transformado em álcool etílico e CO2. Realizada por bactérias e leveduras. Exemplos: Sacharomyces cerevisiae produção de bebidas alcoólicas (vinho e cerveja). Levedo fabricação de pão.

27 Fermentação Alcoólica ATP NAD NADH Piruvato (3 C) Álcool etílico 3 C Glicose (6 C) C 6 H 12 O 6 CO 2 CO 2 Piruvato (3 C) Álcool etílico 3 C Glicólise ATP NADH NAD

28 Resumo dos Tipos de Fermentação e a Respiração Fermentação Lática Glicose ácido lático + 2 ATP Fermentação Alcoólica Glicose álcool etílico + CO ATP Fermentação Acética Glicose ácido acético + CO ATP Respiração Glicose + O 2 CO 2 + H 2 O + 36 ou 38 ATP