A energética celular: o papel das mitocôndrias e cloroplastos
A energética celular ATP: captura e transfere energia livre nos sistemas biológicos Hidrólise do ATP: libera energia para suprir processos energeticamente desfavoráveis Mas como as células geram ATP? Reação endergônica (produto tem mais energia que reagentes) e requer energia para ocorrer. Há 2 processos básicos que podem gerar essa energia: 1) Oxidação aeróbica 2) fotossíntese
Quimiosmose É o processo básico utilizado por bactérias, mitocôndrias e cloroplastos para gerar ATP Um gradientes de H + e um potencial elétrico através da membrana FORÇA PRÓTON-MOTRIZ Só ocorre em compartimentos selados...
- H+ - H+ H+ - H+ H+ - -- - - - - - - - H+ H+ - - - - - - - - - - - --- - - - - - - H+ H+ H+
A oxidação da glicose oxidação completa de glicose: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 +30 P i 2- + 30 ADP 3- + 30 H + 6CO 2 + 30 ATP 4- + 36 H 2 O Passo inicial : GLICÓLISE no citosol não envolve O 2 produz piruvato e pouco ATP
Via Glicolítica
4 ATP s formados pela fosforilação em nível de substrato 2 ATP s consumidos Saldo da glicólise = 2 ATP s 2NADH + 2H +
Metabolismo da glicose Aeróbios obrigatórios: crescem na presença de O 2 metabolizam glicose a CO 2 produzem mais ATP Anaeróbios facultativos: sem O 2 : convertem glicose em compostos de 2 ou 3 C que são liberados no meio ex. leveduras
Metabolismo anaeróbico (fermentação) Levedura Músculo
Metabolismo aeróbico da glicose Piruvato produzido na glicólise transportado à mitocôndria Lá é oxidado a CO 2 e H 2 O (respiração celular = +28ATP s)
Mitocôndrias Células eucarióticas: têm muitas mitocôndrias (até 25% do volume citoplasmático) São os principais sítios de produção de ATP no metabolismo aeróbio delimitada por uma duas membranas: Externa: ½ lipídeos + ½ proteínas. É mais permissiva Interna: ~ 3/4 são proteínas (ATP sintase, transportadores, enzimas); permeabilidade reduzida a H + (cardiolipina); tem a área aumentada por cristas
Mitocôndria Qual seu combustível para a síntese de ATP? Ácidos graxos e glicose Degradação completa de uma molécula de glicose= Síntese de 30 moléculas de ATP Nas céls. eucarióticas: Estágio inicial (glicólise)= no citosol, saldo de 2 ATPs.
A oxidação peroxissômica dos ácidos graxos A oxidação mitocondrial de ác. graxos é a > fonte de ATP para as cél. do fígado, mas isso não é geral. Maioria dos ácidos graxos são oxidados no Peroxissoma = organela de membrana única Aqueles de cadeia longa (> 20CH 2 ) exclusivamente nesta organela. A oxidação no peroxissoma não produz ATP
O ciclo do ácido cítrico A maioria das enzimas são solúveis e ficam na matriz
O transporte de e - e a força próton-motriz A oxidação da glicose libera energia, captada pelas coenzimas (NADH e FADH 2 ) Na respiração, esses e - são transferidos p/ o O 2 H 2 O Durante esse processo os H + são bombeados através da membrana interna Sobe o ph relativo da matriz E fica mais negativa
e - H +
Complexos na membrana mitocondrial Estendem-se através da membrana mitocondrial interna Contém grupos prostéticos ex.: grupo heme (citocromos) e ferro-enxofre
ATP sintase (F 0 F 1 ) F 1 F o
Mecanismo de ligação e mudança conformacional da síntese de ATP pela ATP sintase
Fotossíntese 6CO 2 + 6H 2 O 6O 2 + C 6 H 12 O 6 Membrana externa Cloroplasto luz Espaço intermembrana Estroma Membrana interna Membrana do tilacóide
Absorbância carotenóides ficocianina ficoeritrina Comprimento de onda (nm)
Na clorofila b, há uma substituição aqui por CHO Anel porfirínico clorofila a Cauda hidrofóbica
cutícula epiderme mesófilo mesófilo vacúolo Xilema e floema estômato cloroplasto Corte transversal
Cloroplasto Folha Epiderme superior estroma Granum Epiderme inferior Membrana externa Membrana do tilacóide Membrana interna Espaço intermembrana espaço do tilacóide
Etapas da Fotossíntese (1) Reações Luminosas (2) Reações de Carboxilação
A captação da Energia da LUZ Feita pelos FOTOSSISTEMAS I e II luz De 250 a 400 moléculas de pigmentos + aceptores de e- organizados em cada fotossistema; Dentro dos fotossistemas, as moléculas de clorofila estão ligadas à proteínas; Fotossistema I (PSI) P 700 Fotossistema II (PSII) P 680
Luz Centro de reação Transferência de ressonância da energia Estroma Lúmen Par especial de clorofilas = Complexos coletores de luz Transferência de energia dos complexos que coletam luz para o centro de reação associado ao fotossistema I das cianobactérias.
Estrutura tridimensional do centro de reação fotossintético da bactéria Rhodobacter spheroides
Fotossistema II Fotossistema I ATP sintase Complexo citocromo bf Lamela do grana estroma Lamela do estroma
Fotossistema I PSI ferredoxina Fotossistema II NADP redutase PSII Um gradiente eletroquímico é formado e gera ATP Fotofosforilação Potencial redox (mv) plastoquinona fotofosforilação ATP plastocianina Luz Luz Fotólise da água Direção do fluxo de elétrons
A fotofosforilação pela ATPsintase estroma lúmen
Fotofosforilação cíclica Fotossistema I Cadeia redox ADP + Pi fótons
Reações de Carboxilação Fixação do CO 2 (no estroma) através do ciclo de Calvin produzindo glicose (ATP e NADPH não podem ser armazenados...) Utiliza produtos da fase luminosa
O ciclo de Calvin
Fixação do CO 2 e fotorrespiração
Plantas C4 Cél. do mesófilo Cél. do mesófilo Bainha do feixe Tecido vascular ar estômato Bainha do feixe Precisam de 5 ATPs para cada CO 2 fixado, contra 3 das C 3, mas A fotorrespiração em plantas C 4 é quase ausente, enquanto nas C 3 pode chegar a consumir até a 50% do C fixado... açúcar Tecido vascular
CAM; metabolismo ácido crassuláceo Noite crassulácea Noite Dia piruvato Ciclo de Calvin Dia açúcares