METABOLISMO ENERGÉTICO TRIFOSFATO DE ADENOSINA Este composto armazena, em suas ligações fosfato, parte da energia desprendida pelas reações exotérmicas e tem a capacidade de liberar, por hidrólise, essa energia armazenada para promover reações endotérmicas. Prof. M.Sc. Renata Fontes INTRODUÇÃO TRIFOSFATO DE ADENOSINA Reações endotérmicas - Característica: Precisam receber energia - Ex.:Fotossíntese Adenina Fosfato Reações exotérmicas - Característica: Liberam energia - Ex.:Respiração e fermentação Ribose NUCLEOSÍDEO NUCLEOTÍDEO = adenosina monofosfato (AMP) Adenosina difosfato () Adenosina trifosfato () REAÇÃO em ação Nível de energia Produtos A Calor Calor C Reagentes Endotérmica e e Nível de energia Reagentes Produtos B Reação exotérmica Reação endotérmica + Pi Reação exotérmica D Reação endotérmica Exotérmica REAÇÕES ACOPLADAS 1
RESPIRAÇÃO Processo de síntese de 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 - bactérias desnitrificantes) RESPIRAÇÃO AERÓBIA A maior rentabilidade da respiração aeróbia em relação à fermentação é explicada pela completa "desmontagem" da molécula da glicose A respiração aeróbia (muitas vezes chamada, apenas, de respiração celular) é dividida em 3 etapas Glicólise Ciclo de Krebs Cadeia respiratória Respiração Utilizadas por procariontes, protistas, fungos, plantas e animais. Molécula principal: glicose. Etapas: Glicólise (não usa O 2 ). Ciclo de Krebs Cadeia respiratória (usa O 2 ) Eucariontes: glicólise ocorre no citossol, e nas mitocôndrias o ciclo de Krebs (matriz) e a cadeia respiratória (cristas). GLICÓLISE Cada molécula de glicose é desdobrada em dois piruvatos (3 átomos de carbono) Ocorre liberação de hidrogênio e energia, por meio de várias reações químicas H+ combina-se com moléculas transportadoras de hidrogênio (+) Energia librada síntese de Saldo de 2 Respiração Aeróbia Conjunto de reações de oxirredução para a obtenção de energia a partir de uma fonte energética orgânica e que ocorre obrigatoriamente em todas as células. Reações de oxirredução: transferência de H+ entre compostos orgânicos com desprendimento de energia. Fonte de energia mais utilizada: glicose (não a mais energética), os aminoácidos e os ácidos graxos fornecem mais energia mas são menos utilizados. C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O DG = 38 GLICÓLISE Piruvato pode ser utilizado tanto em processos aeróbios como em processos anaeróbios. O fator que influencia isso é o oxigênio. Na presença de O2 o piruvato é degradado em CO2 E H2O. Na ausência, é parcialmente degradado nos processos de fermentação. 2
GLICÓLISE ACETIL COA E O CICLO DE KREBS Piruvato é transformado em Acetil-CoA. Entrada no ciclo de Krebs. Piruvato é transformado em Acetil-CoA. Entrada no ciclo de Krebs. Glicose (6C) C 6 H 12 O 6 P ~ 6 C ~ P 3 C ~ P 3 C ~ P Pi P ~ 3 C ~ P P ~ 3 C Pi P ~ 3 C ~ P P ~ 3 C 3 C Piruvato 3 C Piruvato 1. Duas moléculas de são utilizadas para ativar uma molécula de glicose e iniciar a reação. 2. A molécula de glicose ativada pelo divide-se em duas moléculas de três carbonos. 3. Incorporação de fosfato inorgânico e formação de. 4. Duas moléculas de são liberadas recuperando as duas utilizadas no início. 5. Liberação de duas moléculas de e formação de piruvato. A transformação do ácido pirúvico em acetilco-a se dá na membrana das mitocôndrias. Portanto, todas as etapas posteriores irão se desenvolver no interior desse organóide citoplasmático, e não mais no hialoplasma. GLICÓLISE Função: quebra de moléculas de glicose e formação do piruvato. Local: citossol Procedimento: Glicose 2 piruvato: liberação de hidrogênio e energia. :energia usada na síntese de. O piruvato formado entra na mitocôndria e segue para o ciclo de Krebs. 3
CICLO DE KREBS Inicia-se com a doação do radical acetil do Acetil-CoA para o Oxaloacetato Oxaloacetato regenerado ao final de cada volta Formação do Ácido Cítrico ou Citrato Enzima Citrato-Sintase - enzima reguladora São 8 as etapas enzimáticas do Ciclo de Krebs CICLO DE KREBS Nomes: ciclo do ácido cítrico ou ácido tricarboxílico. Mentor: Hans Adolf Krebs (1953) Local: matriz mitocondrial Procedimento: Piruvato acetil : liberação de CO 2 e H. Acetil Acetil-coenzima A (acetil-coa) : entra no ciclo de Krebs. Ciclo de Krebs: liberação de CO 2,,, FADH 2 Obs.: todo o gás carbônico liberado na respiração provém da formação do acetil e do CICLO DE KREBS Nomes: ciclo do ácido cítrico ou ácido tricarboxílico. Mentor: Hans Adolf Krebs (1953) Local: matriz mitocondrial Ao longo do ciclo, o citrato perde carbonos na forma de CO2 e hidrogênios que são captados por ou FAD. 4
Inicialmente, a molécula do acetil Co-A se funde a uma molécula de ácido oxalacético. A molécula resultante da fusão, o ácido cítrico, tem seis átomos de carbono. Em algumas etapas dessa sequência cíclica são perdidos átomos de carbono e átomos de hidrogênio. Moléculas de CO2 2 moléculas de 6 moléculas de 2 moléculas de FADH Os átomos de carbono entram na formação de moléculas de CO2, liberadas pela célula. Os átomos de hidrogênio, ricos em energia, são recolhidos por aceptores. Um deles é o, anteriormente citado. O outro é o FAD (flavinaadenina-dinucleotídeo). Em uma das etapas da sequência, a energia liberada é suficiente para que uma molécula de se converta em. As moléculas de CO2 são liberadas pela célula, juntamente com as outras geradas na glicólise, totalizando seis moléculas. As duas moléculas de se tornam disponíveis para serem empregadas nas diversas formas de trabalho celular. As seis moléculas de e as duas de FADH irão levar os átomos de hidrogênio que estão conduzindo para a cadeia respiratória, última etapa da respiração aeróbica. Portanto, em cada volta do ciclo de Krebs, são geradas duas moléculas de CO2, uma molécula de, três moléculas de e uma de FADH. Como cada molécula de glicose origina duas moléculas de acetil Co-A, permite que o ciclo de Krebs seja adicionado duas vezes. 5
Citosol Glicose (6 CADEIA RESPIRATÓRIA FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA C) C 6 H 12 O 6 1 1 1 1 4 CO 2 2 CO 2 2 Mitocôndria 2 acetil-coa (2 C) 2 Ciclo de Kreb s 6 2 FADH Total: 10 2 FADH 2 Crista mitocondrial Por meio da cadeia respiratória, há transferência dos hidrogênios transportados pelo + e pelo FAD para o O2 formando água. A CADEIA RESPIRATÓRIA Também conhecida como cadeia transportadora de elétrons, é composta de uma série de enzimas aceptoras de elétrons, os citocromos. Todos eles estão presentes junto das cristas mitocondriais, onde a cadeia respiratória acontece. O oxigênio é o aceptor final de hidrogênios e participa diretamente apenas na última etapa da cadeia respiratória. Na transferência de hidrogênios ao longo da cadeia respiratória, há liberação de elétrons excitados, que vão sendo captados por transportadores intermediários, dentre eles o citocromos. Os citocromos bombeiam prótons de H+. A CADEIA RESPIRATÓRIA Função: formação de Local: Crista mitocondrial Fosforilação oxidativa: transferência de hidrogênios pelos citocromos, formando e tendo como aceptor final o oxigênio e a formação de água Obs.: O rendimento energético para cada molécula de glicose é de 38 moléculas de. CADEIA RESPIRATÓRIA FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA Os prótons vão para o espaço entre as membranas interna e externa das mitocôndrias. Os prótons participarão da fosforilação oxidativa. Para cada molécula de glicose que entra fosforilação oxidativa, formam-se 34. na 6
Em certas células eucarióticas, como as musculares esqueléticas e o cérebro, o saldo energético da respiração por molécula degradada é de 36. Isso ocorre em função de um mecanismo relacionado á entrada de na mitocôndria, em que há gasto de 1 por. Como são 2 produzidos na glicólise por molécula de glicose, o gasto total é de 2. A falta de oxigênio faz com que os elétrons não sejam removidos do complexo de citocromos. Retrogradamente, os outros componentes da cadeia respiratória passam a reter elétrons, por não poder passá-los adiante. Com a parada na progressão dos pares de elétrons, cessa a produção de e a célula morre por falência energética Citosol 1 Glicose (6 C) C 6 H 12 O 6 1 1 1 6 O 2 32 ou 34 2 CO 2 4 CO 2 2 6 H 2 O Mitocôndria 2 6 Total: 10 2 acetil-coa (2 C) Ciclo de Kreb s 2 FADH 2 FADH 2 Crista mitocondrial Etapa Salto em Glicólise 2 Ciclo de Krebs 2 Cadeia respiratória 32 ou 34 Total 36 ou 38 FERMENTAÇÃO Processo anaeróbio de síntese de que ocorre na ausência de O 2 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 7
FERMENTAÇÃO FERMENTAÇÃO LÁCTICA Glicose degradada na ausência de O 2 Substância mais simples Ácido lático = fermentação lática Álcool etílico = fermentação alcoólica Ácido acético = fermentação acética Nesse processo há saldo de 2 moléculas de FERMENTAÇÃO LÁCTICA O piruvato é convertido em lactato pela ação enzimática da lactato desidrogenase Fermentação Lática Glicose ácido lático + 2 Fermentação Alcoólica Glicose álcool etílico + CO 2 + 2 Fermentação Acética Glicose ácido acético + CO 2 + 2 Glicose (6 C) C 6 H 12 O 6 Ácido lático 3 C Ácido lático 3 C Respiração Glicose + O 2 CO 2 + H 2 O + 36 ou 38 Glicólise FERMENTAÇÃO GLICÓLISE Balanço Energético da Glicólise Anaeróbica : s consumidos = 2 s e 2 s produzidos = 4 s e 2 Rendimento - 2 s + 4 s + 2 s O rendimento em da glicólise anaeróbica até lactato é de 2 s 8
Formação de lactato no músculo: Ao exercitar intensamente o músculo esquelético, necessita de consumo intenso de O 2. A ausência de O 2 leva à formação de lactato intramuscular resultando em câimbras. FERMENTAÇÃO LÁCTICA É realizado por bactérias denominadas acetobactérias produzindo ácido acético + CO2. Câimbra = insuficiência de O 2 células degradam a glicose em lactato. 80% do lactato vai p/ o sangue e é degradado no fígado e 20% metabolizados nas células musculares c/ restabelecimento de O 2 lactato transformado em piruvato * Este tipo de fermentação é utilizado para fabricação de vinagre e provoca o azedamento de vinhos e sucos de frutas. FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA Piruvato libera inicialmente 1 molécula de CO 2 = composto com 2 carbonos que é reduzido pelo = álcool etílico. Ocorre principalmente em bactérias e leveduras(fungos) Saccharomyces cerevisiae = produção de bebidas alcoólicas e de pão. Transformam açúcares do suco de uva e de malte em vinho e cerveja. Glicose (6C) C 6 H 12 O 6 Glicólise CO 2 CO 2 2 H 2 O 2 H2O Ácido acético 3 C Ácido acético 3 C Álcool etílico 3 C Glicose (6 C) CO 2 C 6 H 12 O 6 CO 2 Glicólise Álcool etílico 3 C 9