Geração de energia celular (produção de ATP) a partir da energia dos alimentos Termogênese Esteroidogênese Apoptose

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2 Geração de energia celular (produção de ATP) a partir da energia dos alimentos Termogênese Esteroidogênese Apoptose

3 A mitocôndria possui duas membranas funcional e estruturalmente diferentes, a membrana externa e a membrana interna. Entre as duas membranas, está o espaço intermembranar. Na parte interna da membrana interna está a matriz. A composição das duas membranas é bem diferente: -A membrana externa apresenta PORINAS, proteínas que formam poros e permitem passagem de moléculas de até 5000 D.

4 Complexo I NADH desidrogenase Complexo II succinato desidrogenase Complexo III b-c1 Complexo IV citocromo oxidase Ubiquinona Citocromo c ATP sintase (F0F1) A membrana interna apresenta cristas, e os complexos proteicos que formam a cadeia transportadora de elétrons, responsáveis pela fosforilação oxidativa e um fosfolipídeo duplo difosfatidilglicerol ou cardiolipina que torna a membrana mais impermeável. Canais iônicos que permitem a troca seletiva de íons e moléculas entre matriz e espaço intermembranoso.

5 Na matriz mitocondrial encontramos uma grande diversidade na composição molecular, sendo que os componentes principais são: O complexo da piruvato desidrogenase, responsável pela descarboxilação oxidativa. Enzimas da -oxidação dos ácidos graxos As enzimas do ciclo de Krebs, com exceção da succinato desidrogenase (que fica na membrana interna) A coenzima A (CoA), NAD+, ADP, fosfato, grânulos ricos em Ca2+... DNA circular em várias cópias Treze tipos de mrna, dois de rrna, 22 de trna

6 Proteínas Aminoácidos NADH ATP Piruvato Acetil CoA NADH CO2 GLICÓLISE DESCARBOXILAÇÃO OXIDATIVA Carboidratos Ácidos graxos Glicose NADH FADH2 CICLO DE KREBS 2 CO2 NADH FADH2 ATP Lipídeos O principal mecanismo de obtenção de energia na célula envolve as moléculas de glicose e ácidos graxos. FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA ATP H2O

7 A mitocôndria é muito eficiente no aproveitamento da energia dos alimentos, pois realiza oxidações sucessivas, retirando de forma gradual a energia contida nas ligações químicas das moléculas. A oxidação faz com que a molécula perca um e-, ganhando oxigênio, ou perdendo H. Duas moléculas (coenzimas) são importantes ao longo deste processo, como carreadoras de elétrons: Nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD+ ou NADH) Flavina adenina dinucleotídeo (FAD ou FADH2)

8 A glicólise é a primeira etapa da quebra da glicose. ocorre no citoplasma. Exige o gasto de 2 moléculas de ATP. produz 4 moléculas de ATP, 2 de NADH e 2 piruvatos para cada glicose. Os piruvatos entram nas mitocôndrias.

9 Dentro da mitocôndria, o piruvato é transformado em acetil-coa, Com a produção de 1 molécula de CO2 e 1 de NADH.

10 Gota lipídica citoplasmática Os ácidos graxos são armazenados como triglicerídeos em gotas citoplasmáticas. Na matriz mitocondrial ocorre a -oxidação dos ácidos graxos, onde várias moléculas de acetil-coa são geradas pela quebra sequencial da cadeia de carbono da molécula.

11 O ciclo do ácido cítrico ocorre na mariz mitocondrial. Neste processo, as moléculas de acetil-coa são oxidadas e seus elétrons de alta energia armazenados em moléculas carreadoras: NADH, FADH e GTP.

12 Durante a transferência de elétrons do NADH para o oxigênio, a ubiquinona e o citocromo c servem de carreadores móveis que transportam os elétrons de um complexo para o outro. Os prótons são bombeados através da membrana por cada uma dos complexos enzimáticos.

13 O2 + 4e- + 4 H+ 2 H2O

14 O2 + 4e- + 4 H+ 2 H2O

15 Os carreadores transportam os elétrons de alta energia oriundos do ciclo de Krebs para a região da membrana mitocondrial interna, onde ficam as enzimas da fosforilação oxidativa. Estas enzimas ficam imersas na membrana, e agem como BOMBAS DE PRÓTONS, que utilizam a energia dos elétrons para transferir H+ da matriz para o espaço intermembranar.

16 O gradiente de prótons apresenta um componente químico e um elétrico.

17 A ATP sintase apresenta 2 domínios distintos: -Porção F0, transmembrana, forma um túnel para a passagem de H+. -Porção F1, na matriz mitocondrial, forma ATP a partir de ADP e Pi.

18 Estes NADH não entram nas mitocôndrias. Precisam de um sistema de carreadores também denominados lançadeiras, que captam seus e- e H+ e os transferem para as mitocôndrias. Lançadeira de glicerol 3-fosfato cede 2 e- e 2 H+ para o FAD, e levam à síntese de 1,5 ATP. Lançadeira de malato-aspartato os e- e H+ reduzem um oxaloacetato a malato, que passa para a matriz mitocondrial, onde se oxida formando oxaloacetato. Os elétrons e H+ liberados reduzem um NAD, que produz cerca de 2,5 ATP.

19 Oxidação de uma glicose Glicólise: 2 piruvatos + 2NADH + 2 ATP = 5 ou 7 ATPs Descarboxilação oxidativa: 2 piruvatos 2 Acetil-CoA + 2 NADH Krebs: 2 Acetil CoA 6 NADH + 2 FADH2 + 2 GTP TOTAL: 10 NADH + 2 FADH2 + 2 GTP Oxidação de ácidos graxos 1 palmitoil CoA 8 acetil CoA + 7 NADH + 7 FADH2 8 Acetil-CoA 24 NADH + 8 FADH2 Krebs: 2 Acetil CoA 6 NADH + 2 FADH2 + 2 ATP TOTAL: 31 NADH + 15 FADH2 = = 100 ATPs = 5 ATPs = = 20 ATPs Geração de ATP a partir da glicose: 2.5 moléculas por NADH 1.5 por FADH2 1.5 por NADH da glicólise Total aprox. 30 ATP

20 Em ausência de O2, a célula utiliza mecanismos alternativos para oxidar o NADH, para que ele possa reentrar no metabolismo da glicose como NAD+. Nestes casos, enzimas presentes no citoplasma transferem H+ do NADH para outras moléculas, gerando subprodutos de um processo denominado FERMENTAÇÃO.

21 A energia fornecida pelo gradiente de prótons é utilizada em outros processos além da produção de ATP. O ATP sai para o citoplasma pela ATP- ADP translocase.

22 As mitocôndrias são organelas semi-autônomas que apresentam DNA capaz de codificar algumas (13) de suas proteínas. O DNA mitocondrial fica na matriz mitocondrial, é circular e encontrase em múltiplas cópias. Apresenta herança materna, pois os gametas masculinos não transmitem mitocôndrias durante a fertilização. Na matriz mitocondrial também são encontrados ribossomos, trnas No entanto, a maioria das proteínas mitocondriais é codificada no núcleo, sintetizada no citoplasma e importada para a organela.

23 As mitocôndrias se localizam nas regiões da célula onde existe maior gasto energético. São capazes de se dividir e se fundir em resposta a variações de demanda energética.

24 O cloroplasto é a organela (plastídeo) encontrado em células vegetais da qual deriva a maior parte da energia química disponível para a sobrevivência dos seres vivos. No cloroplasto, ocorre o processo de FOTOSSÍNTESE. Podemos encontrar inclusões lipídicas e amido no estroma, devido aos processos sintéticos que aí ocorrem.

25 oenvoltório composto por dupla membrana omembrana interna SEM cristas osistema de endomembranas interno, os TILACÓIDES. opossuem pigmentos capazes de absorver diferentes espectros da luz solar. ocloroplastos são bem maiores que mitocônrias (4-6um) e podem variar em quantidade e tamanho dependendo do tipo de planta.

26 oenvoltório: membrana externa e membrana interna delimitando o espaço intermembranoso. omembrana tilacoidal oestroma oespaço tilacoidal ouma pilha de tilacóides forma um GRANUM. ovários granum são denominados grana. O estroma é rico em proteínas, e também possui DNA e RNA. A membrana dos tilacóides define um compartimento separado denominado espaço tilacoidal.

27 Duplicam-se por fissão binária Contém DNA, RNA e componentes da síntese proteica (10% das proteínas da organela são sintetizadas por ela mesma) DNA circular Originam-se a partir de organelas precursoras próplastídeos.

28 As enzimas associadas à fase clara da fotossíntese ficam imersas na membrana dos tilacóides. Os tilacóides são sacos achatados agrupados em pilhas granum. Há também tilacóides que atravessam o estroma e conectam dois grana. Apesar de serem diferentes apenas em tamanho, são denominados tilacóides dos grana e tilacóides do estroma, respectivamente.

29 Reações fotossintéticas de trasferência de elétrons na membrana do tilacóide Fixação do carbono no estroma A fotossíntese é o processo pelo qual os vegetais são capazes de absorver a energia contida em fótons captados da luz solar e transformá-los em energia química. A reação básica da fotossíntese é 6 CO H 2 O C 6 H 12 O O H 2 O No processo de fotossíntese a planta fixa a energia luminosa na forma de energia química. A energia química gerada é utilizada para sintetizar moléculas como açúcares e lípídeos, que funcionam como depósitos de energia.

30 Para ser capaz de realizar a fotossíntese, os vegetais precisam de pigmentos denominados clorofila. A energia captada pelos elétrons do pigmento pode ser dissipada em forma de calor ou fluorescência, ser transferida para outra molécula por ressonância ou se converter em energia química. Na fotossíntese predominam os dois últimos processos. A fotossíntese apresenta reações fotoquímicas e reações na ausência de luz. Nas reações fotoquímicas, forma-se NADPH e ATP. Nas reações em ausência de luz, a energia é fixada em moléculas alimentícias a partir de CO 2.

31 ESTROMA ESPAÇO TILACOIDAL As reações fotoquímicas são realizadas por cadeias de complexos moleculares na membrana do tilacóide. Fotossistema II (FS II): possui uma antena e um centro de reação (P680). Citocromo b-f: capaz de transportar H+ Fotossistema I (FS I): possui uma antena e um centro de reação (P700). NADP redutase: reduz o NADP + a NADPH. Outras moléculas: plastoquinona (PQ), plastocianina (PC), ferredoxina (Fd).

32 1. Um fóton excita uma molécula de clorofila da antena do FS II, e um de seus elétrons (e - ) muda de órbita. 2. A energia passa por ressonância para o centro de reação P O e - energizado passa para a PQ moléculas de água do espaço tilacoidal são quebradas e geram 4H +, 4 e - e O2. Esses e - substituem o e - perdido da P O e - passa de PQ para o citocromo b-f. A energia do e - é utilizada para bombear H + para o espaço tilacoidal. 6. O e - passa para PC e desta para o FS I. 7. No FS I, ocorrem reações semelhantes às do FS II, mas o e - energizado está na P700, é transferido para Fd e substituído pelo e - da PC. 8. O e - passa para a NADP redutase onde sua energia permite reduzir um NADP+ a NADPH no estroma. 9. Por último, ocorre a fotofosforilação, onde um ADP e um Pi são utilizados para produzir ATP. cloroplasto Reações fotossintéticas de trasferência de elétrons na membrana do tilacóide Fixação do carbono no estroma

33 NADP+ apresenta apenas um fosfato a mais em relação ao NAD+.

34 Alberts, 5ª ed Na fase escura, os ATPs e NADPH produzidos na fase anterior são utilizados no ciclo de Calvin, ou ciclo C 3, que ocorre no estroma, para produzir carboidratos a partir de CO 2 e H 2 O. A reação inicial é catalizada pela enzima ribulose 1,5 difosfato carboxilase (rubisco), que representa cerca de 50% das proteínas do estroma.

35 6 CO H 2 O C 6 H 12 O O H 2 O Energia fornecida por 12 NADPH e 18 ATP, com saldo de 90% de acúmulo de energia. As hexoses geradas durante o ciclo de Calvin podem gerar outros produtos, como carboidratos, lipídeos e proteínas em outras partes da célula. Nas plantas que apresentam o ciclo C 4, há um passo extra, onde existe formação de um produto com 4 carbonos, o oxaloacetato. Este se transforma em malato que se transfere para as células que possuem ciclo de Calvin. Nestas células, o malato doa um CO 2 para o ciclo de Calvin.

36 Fosforilação oxidativa mitocôndria Reação exergônica alimentos + O2 energia + CO2+H2O Forma água Libera CO2 Independe de luz contínua Fotossíntese cloroplasto Reação endergônica energia + CO2+H2O alimentos + O2 Hidrolisa água Libera O2 Precisa de luz periódica

37 Alberts, 5ª ed

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