Metabolismo energético

BIOENERGÉTICA A energia e os seres vivos

FERMENTAÇÃO

RESPIRAÇÃO

Prof Marcia M Pedroso

www.biologiaprofma.blogspot.com

Energia

• É a capacidade de produzir um trabalho ou

realizar uma ação.

ATP – 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.

NUCLEOSÍDEO

NUCLEOTÍDEO = adenosina monofosfato (AMP)

Adenosina difosfato (ADP)

Adenosina trifosfato (ATP)

Adenina

Fosfato

Ribose

Molécula de ATP

A

B ADP + Pi

ATP

Reação

endotérmica

Reação

exotérmica

C

D

e

Calor

e

Calor

REAÇÕES ACOPLADAS

Reação

exotérmica

Reação

endotérmica

ATP em ação

FERMENTAÇÃO

• 1861: o francês Pasteur demonstrou a existência de microorganismos (FUNGOS E BACTÉRIAS) que podem viver em ausência absoluta de oxigênio livre.

• Mas como esses organismos obtém energia?

R: Degradando/desdobrando parcialmente substâncias orgânicas do alimento, originando assim moléculas menores.

OBS. 1: energia é armazenada na forma de ATP;

OBS. 2: nossas próprias células também fazem fermentação, na ausência do gás oxigênio.

ÚNICA ETAPA: GLICÓLISE

(Ocorre no hialoplasma/Citoplasma)

A PARTIR DE 1 GLICOSE:

Produz 4 ATP e consome 2 ATP

(RENDIMENTO ENERGÉTICO: 2 ATP)

P ~ 6 C ~ P

3 C Piruvato 3 C Piruvato

Glicólise

Glicose (6C)

C6H12O6

ADP

ATP

ADP

ATP

1. Duas moléculas de ATP são

utilizadas para ativar uma

molécula de glicose e iniciar a

reação.

3 C ~ P 3 C ~ P

2. A molécula de glicose ativada

pelo ATP divide-se em duas

moléculas de três carbonos.

Pi Pi NAD

P ~ 3 C ~ P

NADH

NAD

P ~ 3 C ~ P

NADH

3. Incorporação de fosfato

inorgânico e formação de NADH.

P ~ 3 C

ADP

ATP

P ~ 3 C

ADP

ATP

4. Duas moléculas de ATP são

liberadas recuperando as

duas utilizadas no início.

ADP

ATP

ADP

ATP

5. Liberação de duas moléculas de

ATP e formação de piruvato.

• Realizada por bactérias do gênero Lactobacillus que fermentam o leite, produzindo laticínios (queijo, coalhada, iogurte).

1 glicose 2 ÁCIDO LÁTICO + 2 ATP

2 ATP = ENERGIA

FERMENTAÇÃO LÁCTICA

Aplicações: fabricação de derivados do leite e cãibra

nas células musculares.

FERMENTAÇÃO LÁCTICA

Glicólise

Fermentação Lática

Glicose (6 C)

C6H12O6

ATP

ATP

Piruvato (3 C)

Piruvato (3 C)

NADH

NADH

Ácido

lático 3 C

NAD

Ácido

lático 3 C

NAD

• Realizado industrialmente pelo fungo

(levedura) Saccharomyces cerevisiae na

fabricação de bebidas alcoólicas e pão (CO2).

1 glicose 2 ETANOL (álcool etílico) + 2 CO2 + 2 ATP

2 ATP= ENERGIA

FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA

FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA

Aplicações: fabricação de pães, bolos e bebidas

alcoólicas (cerveja, vinho e champagne).

FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA

Glicólise

Fermentação Alcoólica

Glicose (6 C)

C6H12O6

ATP

ATP

Piruvato (3 C)

Piruvato (3 C)

NADH

NADH

CO2

CO2

Álcool

etílico 3 C

Álcool

etílico 3 C

NAD

NAD

FERMENTAÇÃO ACÉTICA

A fermentação acética corresponde à transformação

do álcool em ácido acético por determinadas

bactérias, conferindo o gosto característico de

vinagre = ácido acético.

Fermentação Acética

Glicólise

Glicose (6C)

C6H12O6

ATP

ATP

NADH

NADH

Ácido

acético

3 C

CO2

NAD NADH2

H2O

Ácido

acético

3 C CO2

NAD NADH2

H2O

Piruvato (3 C)

Piruvato (3 C)

Tipos de fermentação e a respiração

Glicose ácido lático + 2 ATP

Fermentação Lática

Glicose álcool etílico + CO2 + 2 ATP

Fermentação Alcoólica

Glicose ácido acético + CO2 + 2 ATP

Fermentação Acética

Glicose + O2 CO2 + H2O + 36 ou 38 ATP

Respiração

RESPIRAÇÃO CELULAR

Mitocôndria e equação geral

Prof Marcia M Pedroso

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Locais de oxidações

biológicas:

Cadeia respiratória e

fosforilação oxidativa

Estrutura da

mitocôndria

Mitocôndria ao m.e.

LOCAIS DA RESPIRAÇÃO CELULAR

CRISTAS

MATRIZ

2a. CICLO DE

KREBS

3a. CADEIA

RESPIRATÓRIA

1a. GLICÓLISE

HIALOPLASMA

M I T O C Ô N D R I A S

MEMBRANA EXTERNA

MEMBRANA INTERNA

EQUAÇÃO DA RESPIRAÇÃO CELULAR

EQUAÇÃO DA RESPIRAÇÃO CELULAR

RESPIRAÇÃO CELULAR

ETAPAS

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I- GLICÓLISE – Quebra da glicose (ANAERÓBICA)

II- CICLO DE KREBS - Conjunto de reações que formam CO2 - H2O -

NADH - FADH2 (ANAERÓBICA)

III- CADEIA RESPIRATÓRIA – Produção de moléculas de ATP

(AERÓBICA)

ETAPAS DA RESPIRAÇÃO CELULAR

MITOCÔNDRIA CITOPLASMA

Glicose

(6 C)

C6H12O6

2 CO2

Ciclo

de

Krebs

4 CO2

2 ATP

H2

FASE ANAERÓBIA FASE AERÓBIA

6 H2O Saldo de 32 ou 34 ATPs

6 O2

Piruvato

(3 C)

Saldo de 2 ATP

Respiração em célula eucariótica

Estágio 1

Produção de

Acetil-CoA

Estágio 2

Oxidação de

Acetil-CoA

Estágio 3

Transporte de elétrons e fosforilação

oxidativa

Catabolismo

de

proteínas

lipídeos e

carboidratos

mitocôndrias

GLICÓLISE – PRIMEIRA ETAPA

• Ocorre no citoplasma e consiste na quebra parcial da glicose em duas moléculas de ácido pirúvico (C3H4O3 ).

• Durante esta quebra, uma parte da energia da glicose é liberada em quatro parcelas, permitindo a produção de quatro moléculas de ATP.

• Como duas moléculas foram gastas para ativar a glicose, o saldo é de 2ATP nesta etapa. Ocorre também desidrogenação, com formação de NADH + H+

GLICOSE AC.PIRUVICO

PRIMEIRA ETAPA - GLICÓLISE

Quebra da molécula glicose

C 6H12O6

(2) C3H4O3

4H+

– NAD E FAD - Moléculas Carregadora de H+

- Cada molécula carrega 2 átomos de H+

ÁCIDO PIRÚVICO

- 2NAD + 2H2 = 2NADH

- FORAM PRODUZIDOS 2 AC. PIRÚVICOS

MITOCÔNDRIAS

CICLO KREBS – CADEIA

RESPIRATÓRIA

HIALOPLASMA

GLICÓLISE

IMPORTANTE

- SALDO DE 2 ATP NA REAÇÃO

PRODUTOS DA GLICÓLISE

CICLO DE KREBS – segunda etapa

• Esta fase ocorre na matriz das mitocôndrias.

• Antes de o ciclo se iniciar, há uma etapa

preparatória, no qual o ácido pirúvico é

desidrogenado e descarboxilado, resultando

em uma molécula de NADH + H+ e uma de

CO2. Assim, forma-se a acetila.

• A acetila liga-se à coenzima A e passa a ser

chamada de Acetil-Coenzima-A, ou Acetil-CoA.

CICLO DE KREBS Continuação da quebra da molécula glicose com

descarboxilações /desidrogenações

ÁCIDO PIRÚVICO + ACETI-CoA

ÁCIDO CÍTRICO

ÁCIDO CETOGLUTÁRICO

ÁCIDO SUCCÍNICO ÁCIDO MÁLICO

ÁCIDO OXALACÉTICO

NADH

FADH2

NADH

NAD

CO2

CO2 CO2

CO2

1-ATP

PRODUTOS FORMADOS NO

CICLO DE KREBS POR

CADA ÁCIDO PIRÚVICO

- 3 NADH

- 1 FADH2

- 1 ATP

COMO SÃO 2 MOLÉCULAS

DE ÁCIDO PIRÚVICO, O

RESULTADO FINAL É:

- 6 NADH

- 2 FADH2

- 2 ATP

M

I

T

O

Ô

N

D

R

I

A

S

M

A

T

R

I

Z

NADH

NAD

NAD

NADH

Co - A

NAD

FAD

(2) C3H4O3

• A cadeia respiratória é também chamada

fosforilação oxidativa porque a síntese de

ATP depende da entrada de um fosfato no

ADP (fosforilação) e a fosforilação é

realizada com energia proveniente de

oxidações.

CADEIA RESPIRATÓRIA/FOSFORILAÇÃO

OXIDATIVA/ CADEIA TRANSPORTADORA

DE ELÉTRON- terceira etapa

CADEIA RESPIRATÓRIA/FOSFORILAÇÃO

OXIDATIVA

• Ocorre na membrana interna da

mitocôndria.

• Aqui, os átomos de hidrogênio retirados

pelo NAD das cadeias de carbono durante a

glicólise e o Ciclo de Krebs são

transportados por várias moléculas

intermediárias até o oxigênio, formando

água e grande quantidade de ATP.

• Na realidade não são transportados átomos

de hidrogênio, mas sim seus elétrons,

obtidos da quebra do hidrogênio em elétron

e H+.

• As moléculas transportadoras de elétrons

estão arrumadas na membrana interna

da mitocôndria de acordo com o trajeto

que os elétrons percorrem. Há um

conjunto de proteínas (que recebem os

elétrons do NADH), um composto

orgânico chamado ubiquinona e várias

proteínas chamadas citocromos.

CADEIA RESPIRATÓRIA/FOSFORILAÇÃO

OXIDATIVA

CADEIA RESPIRATÓRIA/FOSFORILAÇÃO

OXIDATIVA

• Durante o trajeto, os elétrons formam, com os transportadores (citocromos), compostos cuja quantidade de energia é menor que a do transportador anterior. Dessa forma, a energia é liberada e usada na síntese de ATP.

• Os transportadores não são gastos no processo.

• Nesse processo, o oxigênio é a molécula que se reduz definitivamente, recebendo elétrons e íons H+ da solução, formando água.

• A célula necessita sempre receber oxigênio, caso contrário a cadeia respiratória para.

BALANÇO GERAL DA CADEIA RESPIRATÓRIA

• No caminho até a água, cada par de hidrogênio recolhido pelo NAD produz três moléculas de ATP; se recolhido pelo FAD, produz duas moléculas.

• Dessa cadeia participam, então:

– 2NADH provenientes da glicólise

– 2FADH2 vindos da etapa preparatória do ciclo de Krebs

– 8NADH vindos do Ciclo de Krebs (quatro em cada ciclo).

CADEIA RESPIRATÓRIA OU CADEIA DE ELÉTRONS

NADH

FADH2

MEMBRANA DAS CRISTAS

MITOCONDRIAIS

PROTEÍNAS TRANSPORTADORAS DE

ELÉTRONS

Resultado final da

respiração celular

a partir de uma

glicose

- GLICÓLISE – 2 ATP+ 2 NADH2 (2 + 2X3) = 8 ATP

- CICLO KREBS – 2 ATP+ 3 NADH (2X3X3+2) = 20 ATP

2 FADH2 (2X2) = 4 ATP

- CoA – 1 NADH (2X3) = 6 ATP

- AO FINAL DA CADEIA 8 + 6 + 20 + 4 = 38 ATP

OBS - NA MITOCÔNDRIA SÃO 2 AC. PIRÚVICOS

ORIGINA 3ATP

ORIGINA 2ATP

RELAÇÃO FOTOSSÍNTESE X RESP CEL.

Citosol

Crista mitocondrial

Mitocôndria

Glicose (6 C)

C6H12O6

Total: 10 NADH

2 FADH2

1 ATP 1 ATP

1 NADH 1 NADH

Piruvato (3 C) Piruvato (3 C)

6 O2

6 H2O

32 ou 34

ATP

6 NADH

2 FADH2

2 ATP

4 CO2

2 CO2

2 NADH

2 acetil-CoA

(2 C) Ciclo

de

Krebs

Visão geral do processo respiratório

em célula eucariótica

POR HOJE É SÓ PESSOAL!!! Bom Estudo

Profa. Marcia M Pedroso