Universidade Federal do Pampa Campus Itaqui Bioquímica GLICÓLISE AERÓBICA Ciclo de Krebs e Fosforilação Oxidativa Profa. Marina Prigol 1
Glicólise Anaeróbica
RESPIRAÇÃO CELULAR ou GLICÓLISE AERÓBICA: Fase aeróbica do catabolismo: Células Eucariotas e algumas bactérias 5
1º estágio: as moléculas dos combustíveis orgânicos ( glicose, ácidos graxos e aminoácidos) são oxidadas para liberar fragmentos de 2 átomos de carbono na forma de um grupo acetila do acetil-coenzima A (Acetil-CoA); 2º estágio: esses grupos acetila são introduzidos no ciclo do ácido cítrico, o qual os oxida enzimaticamente até CO2. A energia liberada pela oxidação é conservada nos transportadores de elétrons reduzidos: NADH e FADH2. 6
NAD + + 2e - + 2H + NADH + H + NAD - dinucleotideo de nicotinamida-adenina. É uma coenzima que apresenta dois estados de oxidação: NAD+ (oxidado) e NADH (reduzido). É usado como "transportador de eletrons" nas reações metabólicas de oxiredução, tendo um papel preponderante na produção de energia para a célula. FAD + 2e - + 2H + FADH 2 FAD - dinucleotideo de flavina e adenina (FAD). É um cofator orgânico (coenzima), necesárias ao funcionamento das enzimas. Também é um transportador de elétrons, produzindo energia para a célula.
3º estágio: Os equivalentes reduzidos são oxidados, desfazendo-se de prótons (H + ) e elétrons. Os elétrons são conduzidos ao longo de uma cadeia de moléculas transportadoras de elétrons, conhecida como Cadeia respiratória, até o O 2 (aceptor de elétrons), o qual é reduzido para formar H 2 O. 9
Durante este processo de transferência de elétrons, uma grande quantidade de energia é liberada e conservada na forma de ATP, através do processo chamado Fosforilação oxidativa. 1 NADH 2,5 ATP 1 FADH 2 1,5 ATP 10
Estágio 1: Produção do Acetil-CoA - O complexo da piruvato desidrogenase A reação completa da piruvato desidrogenase é a descarboxilação oxidativa: um processo irreversível de oxidação no qual o grupo carboxila é removido do piruvato na forma de 1 molécula de CO 2 e os 2 carbonos remanescentes tornam-se o grupo acetila do Acetil-CoA. 11
Em condições aeróbicas formação de NADH 12
CICLO DE KREBS 13
O Ciclo do Ácido Cítrico ou Ciclo de Krebs ou Ciclo do Ácido Tricarboxílico O CK é o centro do metabolismo energético na maioria das células aeróbicas. Representa a 2ª fase da Respiração celular, sendo responsável pela oxidação total de unidades carbônicas (acetil CoA) à C02; produção de equivalentes redutores (NAD e FAD) e ATP. 14
Mitocôndria Espaço intermembrana Cadeia de transporte de elétrons 15
Intermediários do Ciclo de Krebs 16
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Estágio 2 Oxidação do Acetil-CoA - O ciclo de Krebs - 1º Passo: condensação do acetil-coa + oxaloacetato citrato (enzima = citrato ( sintase 18
1. Formação do CITRATO Citrato sintase 19
2º Passo: desidratação seguida de hidratação do citrato isocitrato (enzima = ( aconitase 20
3. Oxidação do isocitrato à -cetoglutarato e C02 Descarboxilação oxidativa do isocitrato - cetoglutarato (enzima = isocitrato desidrogenase). Neste passo ocorre a saída do 1º CO 2 e formação do 1º NADH 21
4. Oxidação do -cetoglutarato a succinil-coa e CO2 Descarboxilação oxidativa do -cetoglutarato succinil-coa (enzima = complexo da -cetoglutarato desidrogenase). Neste passo ocorre a saída do 2º CO2 e formação do 2º NADH 22
5. Conversão do Succinil-CoA à Succinato Fosforilação ao nível do substrato do succinil-coa succinato (enzima = succinil-coa sintetase). Neste passo ocorre a formação de GTP (ATP) fosforilação ao nível do substrato e não ao nível da cadeia respiratória. 23
6. Oxidação do succinato em Fumarato 24
Desidrogenação do succinato fumarato (enzima = succinato desidrogenase). Neste passo ocorre a formação de FADH 2 Análogo do succinato e inibidor competitivo da succinato desidrogenase 25
7. Hidratação do fumarato para produzir malato 26
8. Oxidação do malato à oxaloacetato Neste passo ocorre a formação do 3º NADH e a regeneração do oxaloacetato, o qual pode condensar-se a uma nova molécula de acetil-coa, dando continuidade ao ciclo. 27
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REGULAÇÃO 29
Rendimento Energético 6 NADH 2 FADH 2 ( ATP ) 2 GTP 30
CADEIA RESPIRATÓRIA E FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA 31
Estágio 3 Fosforilação Oxidativa Processo responsável síntese de ATP direcionada pela transferência de elétrons ao oxigênio. É responsável pela maior parte da síntese de ATP pelos organismos aeróbicos. 32
Todas as etapas enzimáticas na degradação oxidativa dos carboidratos, gorduras e aminoácidos nas céls aeróbicas convergem para esta etapa final da respiração celular. Os elétrons fluem dos catabólitos intermediários ao O 2, produzindo energia para a geração do ATP. 33
A fosforilação oxidativa ocorre nas mitocôndrias (na membrana mitocondrial interna) e envolve a redução do O 2 a H 2 O com elétrons doados pelo NADH e FADH 2. 34
Cadeia Respiratória Os transportadores de elétrons mitocondriais funcionam em complexos ordenados em série. 35
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A transferência de elétrons ao longo da cadeia de transporte é energeticamente favorecida, pois o NADH é um forte doador de elétrons e o oxigênio é um ávido aceptor de elétrons; 45
Hipótese Quimiostática: Explica como a energia livre gerada pelos transporte de elétrons pela cadeia de transporte é usada para produzir ATP a partir do ADP + Pi. Bomba de Prótons ATP Sintetase 46
Bomba de Prótons O transporte de elétrons é acoplado ao transporte de prótons (H + ) através da MMI, da matriz ao espaço intermembrana. Este processo cria, através da MMI, um gradiente elétrico (com mais cargas positivas do lado de fora que no lado de dentro da membrana) e um gradiente de ph (a parte externa da membrana possui um ph menor que a parte interna). A energia gerada por este gradiente de prótons é suficiente para estimular a síntese de ATP; 47
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A hipótese quimiosmótica propõe que, após os prótons terem sido transferidos para o lado citosólico da MMI, podem reentrar na matriz mitocondrial passando através de um canal na molécula de ATP sintetase, resultando na síntese de ATP a partir de ADP + Pi. Síntese de ATP pela ATP sintetase O complexo enzimático ATP sintetase (complexo V) sintetiza ATP utilizando a energia do gradiente de prótons gerada pela cadeia de transporte. 49
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A importância do ATP reside na grande quantidade de energia livre que acompanha a quebra das suas ligações fosfoanidrido. O ATP armazena energia proveniente da respiração celular, para consumo posterior. A molécula atua como uma moeda celular, ou seja, é uma forma conveniente de transportar energia.
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Inibidores da cadeia respiratória Rotenona Antimicina A CN ou CO Inibidores: substancias que paralisam o fluxo de elétrons na cadeia respiratória, são irreversíveis podendo levar a 59 mitocôndria à morte. Ex: CO, cianureto
Desacopladores da cadeia respiratória DEsacopladores: substancias que abrem poros na membrana mitocondrial interna, dissipando os prótons do gradiente, impedindo a formação de ATP e gerando calor. Ex: dinitro-fenol, salicilatos