Professora Priscila F Binatto Citologia - Maio/2015
CAP. 9 METABOLISMO ENERGÉTICO: RESPIRAÇÃO AERÓBIA E FERMENTAÇÃO Organelas Produtoras de energia Mitocôndrias Organização Morfológica Função Respiração Celular Cloroplastos Organização Morfológica Função Fotossíntese
Mitocôndrias Presentes em praticamente todas as células eucarióticas. Organelas arredondadas ou alongadas, localizadas geralmente próximas a regiões do citoplasma que necessitam de muita energia. É em seu interior que ocorre a respiração celular, para obtenção de energia para os seres vivos. Em seu interior na matriz mitocondrial existe DNA e RNA, diversas enzimas e ribossomos. Plantas e animais sexuados: DNA mitocondrial herança materna.
Organização geral das mitocôndrias Matriz mitocôndrial: Enzimas, DNA mitocondrial, ribossomos, RNAs Membrana interna: Cristas, Proteínas envolvidas na (1) cadeia respiratória, (2) síntese de ATP e (3) transporte Membrana externa: Proteínas formadoras de canais (porinas), enzimas envolvidas na síntese de lipídios Espaço intermembranas: Enzimas Espaço intermembranoso: contêm várias enzimas que utilizam o ATP proveniente da matriz para fosforilar outros nucleotídeos. Eletromicrografia de uma mitocôndria de uma célula pancreática
CAP. 9 METABOLISMO ENERGÉTICO: RESPIRAÇÃO AERÓBIA E FERMENTAÇÃO Energia para o trabalho celular Respiração aeróbia glicose + oxigênio + água gás carbônico + água + energia C 6 H 12 O 6 6 O 2 6 H 2 O 6 CO 2 12 H 2 O Fermentação glicose álcool etílico + gás carbônico + energia C 6 H 12 O 6 2 C 2 H 5 OH 2 CO 2
Obtenção de nutrientes pelos seres vivos Autótrofos Realização de fotossíntese Heterótrofos Obtenção da glicose pronta a partir de outra fonte
O papel do ATP ATP: Trifosfato de adenosina, é um nucleotídeo encontrado em todas as células vivas. Formado por uma base nitrogenada, a adenina, uma pentose, que é a ribose, e três fosfatos.
RESPIRAÇÃO ATP: moeda energética gerada na respiração e na fermentação C C C C C C adenina energia (1) (2) (3) ADP Pi adenosina ribose adenosina monofosfato (AMP) ATP adenosina difosfato (ADP) adenosina trifosfato (ATP) TRABALHO CELULAR
Processos Energéticos Celulares Respiração Celular Objetivo: produção de ATP (energia); O gás oxigênio atua como agente oxidante de moléculas orgânicas; Moléculas principalmente de glicose são degradadas, formando gás carbônico, água e liberação de energia; A equação geral da respiração aeróbia da glicose é: C6H12O6 + 6O2 + 30ADP + 30Pi 6CO2 + 6H2O + 30ATP
Respiração aeróbia: modificação mais profunda da glicose Glicólise Ciclo de Krebs Fosforilação Oxidativa (cadeia transportadora de elétrons)
Glicólise Sequência de dez reações químicas catalisadas por enzimas livres no citosol. Nessa etapa uma molécula de glicose é quebrada em duas de ácido pirúvico com saldo líquido de duas moléculas de ATP. GLICOSE 2 NAD 2 (ADP + Pi) 2 NADH 2 2 ATP ÁCIDO PIRÚVICO (3C) ÁCIDO PIRÚVICO (3C)
Glicólise A equação não está balanceada e mostra apenas os principais reagentes e produtos.
CAP. 9 METABOLISMO ENERGÉTICO: RESPIRAÇÃO AERÓBIA E FERMENTAÇÃO Oxidação do ácido pirúvico NAD NADH 2 ÁCIDO PIRÚVICO (3C) ACETIL-CoA (2C) CO 2 CoA Ácido Pirúvico + CoA + NAD + Acetil-CoA + NADH + CO 2 + H +
Ciclo de Krebs Sequência de oito reações que ocorre na matriz mitocondrial. Nessa etapa são liberadas duas moléculas de CO 2, elétrons de alta energia e íons H+. São formados no Ciclo de Krebs: 2 CO 2 3 NADH 1 FADH 2 GTP
MITOCÔNDRIA Ciclo de Krebs MATRIZ MITOCONDRIAL molécula de 2C (acetil-coa) sai 1 H e forma-se NADH 2 molécula de 4C (ácido oxalacético) molécula de 6C (citrato) sai 1 H e forma-se NADH 2 sai formando CO 2 entra H 2 O molécula de 4C (malato) * GTP = uma molécula equivalente, energeticamente, ao ATP molécula de 4C (fumarato) sai 1 H e forma-se FADH 2 molécula de 4c (succinato) molécula de 5c (a - cetoglutarato) formação de GTP* sai 1 H e forma-se NADH 2 sai formando CO 2
Fosforilação Oxidativa Produção de ATP: adição de fosfato ao ADP para formar ATP é uma fosforilação. É chamada de oxidativa porque ocorrem diversas oxidações sequenciais, nas quais o grande agente oxidante é o gás oxigênio. 2 NADH + 2 H + + O 2 2 NAD + + 2 H 2 O 2 FADH 2 + O 2 2 FAD + 2 H 2 O
Cadeia respiratória NADH e FADH 2 (ciclo de Krebs) liberam os elétrons energizados e os íons H +, que a partir daí passam por uma série de proteínas transportadoras (citocromos e quinonas) presentes nas membranas internas da mitocôndria. Durante a passagem através da cadeia respiratória, os elétrons perdem energia que é, então, armazenada em moléculas de ATP. Ao final da cadeia respiratória, os elétrons menos energizados e os íons H + combinam-se com átomos provenientes do gás oxigênio, formando seis moléculas de água. NADH 2 e FADH 2 e - nível de maior energia ADP + Pi e - H 2 0 nível de menor energia ATP
Cadeia respiratória (Cadeia transportadora de elétrons)
Produção de ATP
Saldo energético da respiração aeróbia Por molécula de glicose, na prática, a quantidade de ATPs gerados é de aproximadamente: 2 da glicólise + 2 do ciclo de Krebs + 26 da fosforilação oxidativa = 30 ATPs
Plastos Organelas citoplasmáticas também chamados de plastídios, presentes apenas em células de plantas e de algas, se originam de pequenas bolsas presentes em células embrionárias chamadas proplastos. Podem ser de três tipos básicos: Leucoplastos (incolores): presentes em raízes e caules tuberosos. Função: armazenamento de amido. Cromoplastos (amarelos ou vermelhos): responsáveis pelas cores dos frutos, flores e folhas que ficam avermelhadas e amareladas no outono e de algumas raízes como a cenoura. Função: atrair animais polinizadores e comedores de frutos. Cloroplastos (verdes): responsáveis pelo processo de fotossíntese. Possuem um pigmento chamado clorofila.
Onde ocorre a fotossíntese? Nos organismos mais simples (cianobactérias) Hialoplasma Nas células eucarióticas Cloroplastos
Nos cloroplastos, mais precisamente onde? folha em corte transversal epiderme células fotossintetizadoras epiderme núcleo vacúolo estroma tilacóide cloroplasto granum interior do tilacóide membrana do tilacóide tilacóide
Fotossíntese: Esquema Geral 3 1 2 luz 6H 2 O + 6CO 2 -> 6O 2 + C 6 H 12 O 6 clorofila 4
As etapas da fotossíntese Fase de claro (fotoquímica): Tilacoides Fase de escuro (química): Estroma luz H 2 O O 2 CO 2 CO 2 H 2 O ATP clorofila fluxo de elétrons no tilacóide 3 ADP + Pi NADPH 2 ciclo das pentoses (Calvin-Benson) no estroma 1 2 NADP + fase de claro (nos tilacóides) CH 2 O fase de escuro (no estroma) 4 glicose
Fotoquímica (Fase Clara) Ocorre a fostoforilação, um processo de produção de ATP que utiliza energia luminosa. A luz estimula a clorofila, que libera elétrons para uma cadeia transportadora constituida de citocromos na membrana dos tilacoides. A transferência de eletrons entre citocromos está ligada a síntese de ATP. Os elétrons podem retornar para a clorofila (fotofosforilação cíclica) ou não (fotofosforilação acíclica). São formados na fase clara: O 2 NADH ATP
Fotofosforilação cíclica aceptor de elétrons e - e - clorofila aceptor de elétrons e - e - citocromos luz ATP ADP
fotossistema II fotossistema I Fotofosforilação acíclica Os elétrons transferidos pela clorofila não retornam para esse pigmento, sendo captados pelo NADP. A água é quebrada o que fornece elétrons para a clorofila, libera gás oxigênio e dois prótons, que serão captados pelo NADP. Assim, a fotofosforilação acíclica produz ATP (pela cadeia transportadora de elétrons) e NADPH. FASE DE CLARO FASE DE ESCURO cadeia de transporte de elétrons cadeia de transporte de elétrons NADP + NADPH 2 ADP + P ATP 2 H 2 O 4 e - clorofila a CO 2 O 2 + 4 H + clorofila b açúcar
Fase de escuro (química) CO 2 é reduzido a glicose, processo endotérmico (Ciclo de Calvin- Benson ). O agente redutor é o NADPH que transfere elétrons para o ciclo enquanto que o ATP fornece energia para o processo. A glicose é o produto do ciclo de Calvin. Ciclo de Calvin-Benson carboidratos estroma tilacóide reações da fase de escuro NADP ATP ADP + Pi reações da fase de claro NADPH 2 CO 2 O 2 H 2 O
Fatores externos que influenciam a fotossíntese Concentração de CO2 Aumentando-se a concentração de CO2 verifica-se que ocorre um aumento na velocidade da fotossíntese, até se atingir um ponto de saturação, pois as enzimas que catalisam a captação do CO2 ficam saturadas.
Fatores externos que influenciam a fotossíntese Temperatura O aumento de temperatura estimula o aumento da fotossíntese até um certo ponto, quando, então, as enzimas correm o risco de desnaturação.
Fatores externos que influenciam a fotossíntese Intensidade luminosa Mantendo-se constantes a concentração de CO2 e a temperatura, pode-se verificar que com o aumento da intensidade luminosa, ocorre um aumento da velocidade da fotossíntese. Isso acontece até um certo ponto, pois o fator limitante pode ser a quantidade de clorofila (ponto de saturação luminosa PSL).
Comparação fotossíntese e respiração Características Energia (e) Substâncias consumidas Substâncias liberadas Armazenamento de e nas ligações dos átomos de carbono da glicose, com utilização da luz do Sol. CO 2 e H 2 O O 2 e glicose Fotossíntese Liberações de e por rompimento das ligações entre os átomos de carbono da glicose. glicose e O 2 CO 2 e H 2 O Respiração
Comparação fotossíntese e respiração energia luminosa glicose fotossíntese oxigênio respiração cloroplasto mitocôndria gás carbônico água ATP trabalho celular
Bactérias fazem fotossíntese? clorofila CO 2 + 2 H 2 0 + luz (CH 2 O) + H 2 0 + O 2
Bactérias fazem quimiossíntese? CO 2 + 2 H 2 S + luz bacterioclorofila (CH 2 O) + H 2 0 + 2 S
CAP. 10 METABOLISMO ENERGÉTICO: FOTOSSÍNTESE E QUIMIOSSÍNTESE Diferença entre fotossíntese e quimiossíntese Na fotossíntese, a energia é proveniente da luz do sol Na quimiossíntese, a energia é proveniente de uma reação química inorgânica
Responda: O que você entende por seqüestro de carbono? O que o seqüestro de carbono tem a ver com fotossíntese? Como o seqüestro de carbono pode ajudar a atenuar o aquecimento global? O desmatamento auxilia ou prejudica o seqüestro de carbono? O que fazer para haver mais seqüestro de carbono?
ANIMAÇÕES http://teca.cecierj.edu.br/arquivo/animacao/46182.swf http://www.planetabio.com/citoplasma.swf