Metabolismo Energético

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1 Metabolismo Energético

2 Energia e vida Fator limitante à vida ENERGIA!! Produção de energia: moléculas orgânicas com potencial energético nas suas ligações químicas são quebradas; Processos de obtenção de energia: respiração anaeróbia, respiração aeróbia (mais energético poder oxidante do O2) e fermentação; Autotróficos fotossintetizantes produzem moléculas orgânicas a partir de moléculas inorgânicas e luz solar pela fotossíntese. Elas são incorporadas à biomassa do organismo ou são degradadas no processo de respiração celular (aeróbia) Heterotróficos: obtém as moléculas orgânicas do meio ao se alimentar de outros seres, realizando respiração celular ou fermentação;

3 Armazenamento de energia na forma de ATP Reações exergônicas: liberam energia livre e calor Reações endergônicas: consomem energia Trifosfato de Adenosina (ATP): capta a energia das reações exergônicas, a armazena temporariamente e depois a transfere para uma reação endergônica. Adenosina-P~P~P 7000 calorias Adenosina-P~P + Pi

4 Catabolismo Anabolismo METABOLISMO = ANABOLISMO + CATABOLISMO Alimentos Açucares Gorduras Proteínas Biopolímeros Proteínas Polissacarídeos Gorduras Ác. Nucléicos A T P Produtos Finais CO 2 H 2 O NH 3 Precursores Aminoácido Monossacarídeos Ác. Graxos Bases Nitrogenadas

5 Respiração Celular: C 6 H 12 O O 2 6CO H 2 O Kcal Processo que permite às células retirarem a energia acumulada nos compostos orgânicos.também é um processo de OXIDAÇÃO, onde a energia liberada na forma de e- é aproveitada e transportada pelos aceptores intermediários de e-: NAD, FAD ATP

6 1. Glicólise Hexoquinase (Citoplasma) Fosfofrutoquinase 2 X Saldo: - 2 ATP s - 2 NADH.H + (reduzidos) - 2 piruvatos Piruvato cinase

7 Glicólise ATP ADP+Pi 6C Glicose E Glicose-6P captação de glicose do sangue para os tecidos Hexoquinase presente em todos os tecidos extra-hepáticos afinidade pela glicose Glicoquinase presente apenas nas células hepáticas e ilhotas do pâncreas afinidade pela glicose captação de glicose para formação de glicogênio hepático

8 Síntese de Acetil-CoA + + NADH.H+ (2) Ácido acético Gás carbônico Eliminado na respiração + CO A Radical acetil Coenzima A (2) Acetil COA

9 2. Ciclo de Krebs ou Ciclo do Ácido Cítrico (matriz mitocondrial) Tudo multiplicado por 2! P/ cada Acetil CoA: - 4 NADH.H FAD.H 2-1 ATP - 3 CO2

10 3. Cadeia Respiratória (crista mitocondrial) H 2 O + 2 H +1/2 O 2

11 Resumo da Cadeia Respiratória: NADH.H+ e FADH2 são reoxidados, liberando elétrons e prótons H+ Os e- irão ser transportados pela cadeia transportadora e depois ser aceptados pelo O2 formando água, junto com os prótons A energia liberada no fluxo de e- é utilizada para bombear íons H+ da matriz para o espaço intermembranas, criando um GRADIENTE QUIMIOSMÓTICO Os íons H+ retornam à matriz pela ATP sintase, liberando energia para a fosforilação de ADP em ATP Para cada NADH.H+ têm-se a formação de 3 ATP s e para cada FADH2 têm-se a formação de 2 ATP s. Saldo: 34 ATP s

12 Balanço Energético da Respiração ETAPA Glicólise OCORRÊNCIA Formação direta de ATP Formação de 2 NADH.H + (x 3 ATP) RENDIMENTO (em moléculas de ATP) 2 6 Síntese de Acetil -CoA Ciclo de Krebs Formação de 2 NADH.H + (x 3 ATP) 6 Formação direta de ATP 2 Formação de 6 NADH.H + (x 3 ATP) Formação de 2 FADH 2 (x 2 ATP) 18 4 Total 38 OBS.: Em algumas células há gasto de um ATP para transportar cada NAD reduzido formado durante a Glicólise para dentro da mitocôndria. Assim, o saldo de ATP é menor (36).

13 Além da glicose, outras moléculas orgânicas, tais como açucares, lipídeos e proteínas também podem ser degradadas através do processo respiratório. Proteínas Açucares Lipídeos Aminoácidos Acetil CoA Ácidos graxos + Glicerol Ciclo de Krebs

14 Inibidores da cadeia respiratória Interrompem o fluxo de elétrons; Impedem a: reoxidação do NADH2 e FADH2; criação do gradiente quimiosmótico; redução do O2 a H2O; Produção de ATP. Fermentação Ciclo de Krebs e Cadeia Respiratória não ocorrem! Morte

15 Cianeto: Inibidores da cadeia respiratória Inseticidas, revelação fotográfica, produção de plásticos, acrilato e colas instantâneas, douração de certos metais a frio (cianeto de ouro), espuma de isolamento acústico Boate Kiss! Se liga ao citocromo oxidase; Impede a doação de elétrons para o O2; Envenenamento pode causar: Acidose láctica; Hipóxia histotóxica acúmulo de oxihemoglobina! Cianureto: Mandioca-brava; Suicídios na 2ª Guerra Mundial; Câmaras de gás;

16 Desacopladores da cadeia respiratória Desacoplam a produção de ATP do fluxo de elétrons e consumo de O2; Aumenta o consumo de O2; Diminui a produção de ATP; Desfaz o gradiente quimiosmótico; Energia é dissipada na forma de calor; DINITROFENOL (DNP) e FLUOROCARBONIL-CIANETO FENILHIDRAZONA (FCCP) Transportam H+ do espaço intermembranar para a matriz sem passar pela ATPsintase; TECIDO ADIPOSO MARROM Recém-nascidos de mamíferos permease UCP

17 Desacopladores da cadeia respiratória Termogenina desfaz o gradiente quimiosmótico!

18 Fermentação (Ocorre na ausência de O2) Objetivo: reoxidar o NADH.H+ e permitir um mín de ATP 2 ADP 2 ATP Glicose 2 NAD ox 2 NAD red 2 Ácidos pirúvicos Produto Fermentação 1. Fermentação Alcóolica Ex: leveduras (anaeróbicos facultativos). Produção de vinho, cerveja, pão, etc. Ácido pirúvico Etanol + CO 2 NAD red NAD ox Rendimento: 2 ATP s. Maior consumo de glicose.

19 2. Fermentação Lática Ex: células musculares, bactérias. Fabricação de queijos, coalhadas e iogurtes. Ácido pirúvico Ácido Lático NAD red NAD ox Rendimento: 2 ATP s. Maior consumo de glicose. 3. Fermentação Acética Ex: acetobactérias. Produção de vinagre. O ác. pirúvico é reduzido a ác. acético com liberação de CO2. Respiração Anaeróbia Processo muito semelhante à respiração aeróbia. A diferença principal é que o aceptor final na cadeia transportadora de elétrons não é o O 2, mas sim uma outra substância inorgânica, que pode ser um nitrato, um sulfato ou um carbonato. Ex: bactérias desnitrificantes.

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21 Fotossíntese Geração de moléculas orgânicas a partir de moléculas inorgânicas

22 Provém da água 6CO H 2 O C 6 H 12 O H 2 O + 6 O 2 Realizada por algas, vegetais e cianobactérias, mas apenas algas e vegetais possuem cloroplastos. A fotossíntese tem 2 etapas: - Fase luminosa (clara) depende de luz - Fase escura ocorre mesmo no escuro

23 Importância da Fotossíntese para os Seres vivos: - Produção de matéria orgânica para a nutrição dos seres; - Constante purificação do ar atmosférico dele retirando CO 2 e a ele devolvendo O 2 para a respiração dos seres vivos.

24 Onde ocorre a fotossíntese? - Cianobactérias Hialoplasma

25 Onde ocorre a fotossíntese? - Eucariontes Cloroplastos *Fase clara: membrana dos tilacóides. Ocorre a produção de O2 com a fotólise da água, produção de ATP e de NADP red; *Fase escura: estroma. Ocorre a redução do CO2 em glicose, gerando ADP e NADP oxi;

26 Cloroplastos Dupla membrana; DNA próprio; RNA próprio; Ribossomos próprios; Contém pigmentos, como a clorofila, que absorvem luz, convertendo a energia solar em energia química; Clorofila membrana do tilacóide. Se associam a outros pigmentos e proteínas, formando os fotossistemas; Fotossistemas: Existem dois fotossistemas (PSI e PSII), que quando iluminados perdem e-, que passam por uma cadeia transportadora, liberando energia para produção de ATP.

27 Absorção de luz Pigmentos fotossintéticos: clorofila (a e b), carotenóides e ficoeritrinas O principal pigmento fotossintético é a clorofila a Fotossistema I Por que a clorofila a é verde?

28 Espectro de absorção da fotossíntese Clorofila b Clorofila a ficoeritrina caroteno ficocianina

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30 Luz na Fotossíntese: Etapas da Fotossíntese: 1. a absorção da energia da luz pela clorofila; 2. a fotólise da água; 3. a liberação de oxigênio e a redução de uma aceptor de elétrons chamado NADP, que passa a NADPH 2 ; 4. a formação de ATP; 5. a síntese de glicose.

31 Fase luminosa da Fotossíntese: Dependente de luz; Ocorre na membrana dos tilacóides. Compreende dois fenômenos que ocorrem paralelamente: fotofosforilação cíclica e fotofosforilação acíclica; 1. Fotofosforilação acíclica: OBS: Ocorre a fotólise da água e a consequente liberação de O2. Cada molécula de NADP pode receber 2 e-, assim ele passa a NADP reduzido. ATP e NADPH.H+ formados na fase clara serão de fundamental utilidade para desencadear a fase escura da fotossíntese. Todo o O2 liberado provém da fotólise da água!

32 SALDO DA FASE CLARA (fotofosforilação acíclica): - ATP; - NADPH2; - O2; Obs: o oxigênio é liberado para a atmosfera, enquanto NADP reduzido e ATP serão empregados na próxima fase da fotossíntese, na fase de produção de glicose. Obs: as fases clara e escura são interdependentes. A fase escura utiliza ATP e NADPH2 formados na fase clara, reoxidando o NADP e produzindo ADP. Estes por sua vez, retornam à fase clara para ser reduzido (NADP) e fosforilado (ADP) novamente. Assim, se fase clara não ocorre, também não ocorre a escura e vice-versa!!

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34 2. Fotofosforilação cíclica (bactérias) OBS: não há fotólise da água, não há liberação de O2, nem formação de NADP reduzido.

35 FOTOSSISTEMA COMPLEXO ANTENA: Pigmentos associados à proteínas antena para melhor captação de luz transferem energia para o centro de reação Complexo antena Centro de Reação CENTRO DE REAÇÃO: Possui um par de clorofila especial absorve a energia e perde elétrons

36 Bombeamento de prótons na fotossíntese Formação de gradiente quimiosmótico; Bombeamento de prótons para o lúmen do tilacóide; Retorno dos prótons para o estroma.

37 Fase escura da Fotossíntese (estroma) Também chamado de Ciclo de Calvin ou Ciclo das pentoses. Independe de luz, mas é dependente de NADP red e ATP formados pela fase clara para reduzir o CO2!! ATP ADP NADPH NADP CO 2 3-fosfoglicerato 1,3 difosfoglicerato Gliceraldeído 3-fosfato Ribulose 1,5 - difosfatofosfato Ribulose 5-fosfato Regeneração Frutose 1,6 difosfato OBS: São necessários 6 CO2 para formar 1 glicose. A cada 2 ciclos (2 gliceraldeído 3- fosfato) forma-se 1 glicose. Glicose / amido/ Sacarose/ aa s

38 Plantas CAM: cactos, bromélias (abacaxi) e lírios Armazena CO2 em compostos orgânicos durante a noite temporal. Noite: Fosfoenolpiruvato + CO2 = malato Dia: Malato é descarboxilado= fosfoenolpiruvato + glicose (fase escura)

39 Plantas C4: milho, cana-de-açucar, orquídea Mantém altas taxas de fotossíntese, mesmo com baixas [CO2] Armazena CO2 em compostos orgânicos nas células da bainha vascular espacial. Células do mesófilo: Fosfoenolpiruvato + CO2 = malato Células da bainha: Malato é descarboxilado = piruvato + glicose (fase escura)

40 Obs: as plantas C3 só utilizam a via C3 (formação de PGAL), enquanto as plantas C4 e CAM utilizam tanto a via C3 quanto C4. Fotorrespiração Dias muito quentes acúmulo de NADP red e ATP Rubisco oxidase promove a reação entre ribulose bifosfato e O2.

41 Fatores limitantes da fotossíntese Fatores limitantes intrínsecos Disponibilidade de pigmentos fotossintetizantes Disponibilidade de enzimas e de cofatores Fatores limitantes extrínsecos A Temperatura; Intensidade luminosa; O comprimento de onda; A concentração de CO 2.

42 Temperatura

43 Intensidade luminosa Ponto de saturação luminosa

44 Comprimento de onda

45 Concentração de CO2 Atmosfera 0,03% Ponto de saturação enzimática

46 Ponto de compensação fótica Taxa de respiração constante; taxa de fotossíntese varia; Quando R = F, temos o ponto de compensação fótica

47 Quimiossíntese Reações de oxidação de substâncias inorgânicas geram ATP, que será utilizado para a produção de glicose e liberação de O2.. Bactérias e arqueobactérias autotróficas: Primeira etapa (análoga à fase clara da fotossíntese) Composto Inorgânico + O 2 Compostos Inorgânicos oxidados + Energia Química Segunda etapa (análoga à fase escura da fotossíntese) CO 2 + H 2 O + Energia Química Compostos Orgânicos + O 2 Ex: ferrobactérias, nitrobactérias (nitrificantes).

48 Quimiossíntese Metanogênicas: H2 + CO2 = CH4. Lixões, pântanos e tubos digestivos; Ferrobactérias: do gênero Ferrobacillus oxidam íon ferroso (Fe++) a íon férrico (Fe+++), obtendo ATP. Nitrosomonas e Nitrobactérias oxidam amônia a nitrito e nitrito a nitrato, respectivamente, obtendo ATP. Nitrosomonas: NH 3 (amônia) + O 2 NO 2 - (nitrito) + Energia 6 CO H 2 O + Energia C 6 H 12 O O 2 Nitrobacter: NO 2 - (nitrito) + O 2 NO 3 - (nitrato) + Energia 6 CO H 2 O + Energia C 6 H 12 O O 2