A CÉLULA PROCARIOTAS X EUCARIOTAS

OBJETIVOS:

1. Quais as principais necessidades metabólicas dos organismos e sua importância?

2. Diferencie AUTÓTROFICOS de HETEROTRÓFICOS.

3. Diferencie fotolitotróficos, fotorganotróficos, quimiolitotróficos e quimiorganotróficos.

4. Diferencie RESPIRAÇÃO de FERMENTAÇÃO; RESPIRAÇÃO AERÓBICA de ANAERÓBICA.

5. Fale sobre metabolismo (Diferencie anabolismo de catabolismo) 6. Qual a importância da via Glicolítica de EMBDEM MEYERHOFF.

7. Descreva etapa por etapa a via Glicolítica de EMBDEM MEYERHOFF indicando as enzimas de regulação e a ação dos reguladores.

8. Indique os principais caminhos do piruvato.

9. Dê a importância para a célula do ciclo de Krebs e seus pontos de regulação. 10.Quais as reações envolvidas no ciclo de Krebs, destaque aquelas em que há

produção de NADH, FADH2, GTP.

11.Dê a importância industrial da via glicolítica e do ciclo de Krebs.

12.Dê a importância, para a célula, da Cadeia transportadora de elétrons e como ela pode ser inibida.

13.Descreva etapa por etapa a Lançadeira de Elétrons, também conhecida como Lançadeira Glicerol-Fosfato, e sua importância no balanço energético para a célula.

14.Balanço energético para a célula de Sccharomyces cerevisiae , em condições

METABOLISMO

MEIOS

NUTRITIVOS

CÉLULA

PRODUTOS

BIOTECNÓLOGO



ENERGIA



ALIMENTOS



BEBIDAS



BIOPIGMENTOS



FÁRMACOS



Antibióticos



Vitaminas



Anti-ácidos



Quimioterápicos



Hormônios



CONSERVANTES

CARACTERÍSTICAS MICROBIANAS

A CÉLULA

PROCARIOTAS X EUCARIOTAS

EUBACTÉRIAS

Archaeabacterias

PROCARIOTAS

BACTÉRIAS

Características :



Envoltório celular : peptideoglicano



Reprodução: principal fissão binária



Algumas apresentam movimentos: flagelos



Podem ser: Gram (+) ou Gram (-)

EUCARIOTAS

São :



Fungos (

Aspergillus, Peniclilium

)



Leveduras(Ca

ndida; Sacharomyces

)



Protozoários (amebas)



Algas (são fotos-sintéticos; parede celular:

celulose)

METABOLISMO - INTRODUÇÃO

Biotecnologia:

células animais ou vegetais ou microbianas ou parte destas, entre elas, as enzimas.

Engenharia BIOQuímica tem como finalidade:



Obter bens e serviços de processos biológicos



Otimizar esses processos tornando-os economicamente viáveis



Projetar a planta industrial levando em conta



Substratos e produtos a serem obtidos



condições do processo: aeróbio ou anaeróbio, pH,

Temperatura ....,



Biorreatores



Com ou sem agitação



material de construção



Controle e automação



Planta de recuperação (caríssima)

BIORREATOR NATURAl: A CÉLULA

O homem imita as diferentes condições fisiológicas da célula, através do conhecimento

do seu metabolismo, dando condições para que a mesma “trabalhe” a seu favor. Essas

condições podem ser favoráveis a célula ou estressantes, no entanto tanto em uma condição quanto em outra a célula pode produzir bens economicamente viáveis.

Célula



Produz novas células



Libera produtos

Durante o crescimento Após fase estacionária

(Fase exponencial)

Fase estacionária

A biotecnologia busca explorar os princípios básicos de sobrevivência

e manutenção da(s) espécie(s) obtendo bens:



Etanol



Solventes



Vitaminas



Antibióticos



Fármacos e/ou Quimioterápicos



Recuperação de áreas poluídas

METABOLISMO

Conjunto de processos bioquímicos que absorve nutrientes do meio

ambiente produzindo energia e pequenas moléculas (

catabolismo

)

que serão transformados em “energia celular”, novas moléculas,

material celular (

anabolismo

).

Meio ambiente



Células



Produtos

Observa obtém

BIOTECNÓLOGO



Microrganismos

 Qualquer ser   100m = 0,1mm (resolução do olho humano)



Historicamente são considerados “microbiologia” fungos,

leveduras e bactérias



Características



Bactérias

. Aeróbias ou anaeróbias

. Procarióticas

. Gram (

+)

ou (-)

. Morfologia variável



Fungos

. Aeróbios

. Eucarióticas



Leveduras

. Aeróbios ou anaeróbios

. Eucarióticas

. Morfologia variável



Metabolismo microbiano

 Fontes de carbono: Heterotróficos, Autotróficos, Metanotrófico

 Fontes de energia: A partir de nutrientes (Quimiotróficos) ou de energia luminosa (fototróficos)

 Com relação ao mecanismo produtor de energia para a célula:

 Fermentativo –sem uso da cadeia respiratória, no citosol celular Respiratório:

Aeróbio –O2 como aceptor de elétrons na cadeia respiratória

Anaeróbio- NO3 ou NO2 ou SO4 ou SO3 como aceptor de elétrons

na cadeia respiratória

Linhas gerais:

Nutrientes:

Carbohidratos, CO2,

proteínas, lipídios (Energia)

Proteínas, polissacarídeos, lipídios,

Ac. nucleicos

 

Catabolismo  _{ATP,NADH, NADPH}

_

 

Produtos

(aminoácidos, por exemplo)  CO2, H2O, NH3

(Energia )



Precursores



Butanodiol (

Enterobacter)

Etanol(Leveduras, bactérias)

PIRUVATO

LACTATO (

Leconostoc

₎

Acetato, Butanol(

Clostridium

₎

O processo metabólico utiliza várias fontes de carbono,

consideremos a glicose como modelo através da via

metabólica de Embden-Meyerhof-Parmas (Via glicolítica)

Via glicolítica:

Local: citosol celular



Finalidade: transformar as ligações C-H em energia útil à

célula (ATP)



Gerar poder redutor(NADH/NADPH)

Glicólise ou via Glicolítica

 A Glicólise constitui a seqüência de reações nas quais a glicose é desdobrada anaerobicamente a piruvato e a partir deste, a lactato ou Etanol, com produção de ATP. Esta via ocorre no citosol celular.

 Em organismos aeróbios Eucariotas, a via glicolítica fornece o piruvato que é descarboxilado nas mitocôndrias, onde através do ciclo de Krebs e cadeia transportadora de elétrons completa a oxidação do mesmo a CO2 e H2O.

 Em organismos aeróbios Procariotas, a via glicolítica fornece o piruvato que é descarboxilado na membrana citoplasmática, onde através do ciclo de Krebs e cadeia transportadora de eletrons completa a oxidação do mesmo a CO2 e H2O.

 A combustão total de glicose possui 2 etapas:

1ª Etapa: Glicólise

Glicose Piruvato

Local: citoplasma celular

 

Aldolase;5-Triosefosfatoisomerase;6-Gliceraldeído-3- Uma vez o piruvato formado, pode seguir diferentes caminhos para a formação de energia metabólica, aqui vamos estudar apenas 3 desses destinos:

1- Produção de etanol

1-piruvato descarboxilase; 2 –alcool desidrogenase

2- Produção de ácido Láctico:

(3)-lactato desidrogenase

Como a conversão de piruvato a etanol ou ácido láctico se dá em condições anaeróbicas, no citosol celular, muito mais energia será obtida quando o piruvato segue para a mitocôndria onde é descarboxilado:

3- Oxidação do Piruvato

Transferência do Piruvato para a mitocôndria (eucariotas*) onde será descarboxilado, ou melhor, oxidado a CO2 e os hidrogênios transferidos a

cadeia transportadora de elétrons. Esta constitui a 2ªetapa do metabolismo da glicose.

* No caso de Procariotas o processo ocorre na membrana interna do citosol

1 2

2ª Etapa: Condições Aeróbicas

Local: Mitocôndria Função:

 Oxidar o acetil proveniente do piruvato a CO2

 Liberar elétrons na forma de NADH e FADH2 que seguirão para a cadeia

transportadora de elétrons ou cadeia respiratória

Descarboxilação do piruvato

Local: ocorre na matriz mitocondrial.

(4): Complexo piruvato desidrogenase.

O acetil-CoA entra no ciclo de Krebs liberando a CoA e condensando-se com o oxaloacetato para formar o ácido cítrico, dando início ao ciclo de Krebs, ou ciclo do ácido cítrico ou ainda, ciclo do ácido tricarboxilico.

CO2

Piruvato ACETIL

CoA

1ATP _1ATP 1ATP

1FADH2 3NADH 1GTP 1ATP 2CO2 Ciclo de Krebs

Cadeia transportadora de elétrons ou cadeia respiratória

O controle Alostérico do ciclo são:

 ATP inibe alostericamente a enzima citrato sintetase;

 É estimulada alostericamente pelo ADP;

 Inibida pelo produto succinil CoA e NADH.

Cadeia transportadora de elétrons



O NADH e FADH

formados na Glicólise, oxidação

de ácidos graxos e ciclo do ácido cítrico são ricos em

energia porque possuem um par de elétrons com alto

poder de transferência. Quando esses elétrons são

entregues ao oxigênio molecular, uma grande

quantidade de energia é liberada que é usada para

produzir ATP.



A fosfolilação oxidativa consiste na produção de

ATP quando os elétrons vindos do NADH e FADH

são transportados através de uma série de

carreadores até O

. A fosforilação oxidativa ocorre

na membrana interna das mitocôndrias em

organismos eucarióticos aeróbicos ou anaeróbicos

facultativos;



No caso de microorganismos procarióticos

aeróbicos o sistema citocromo ou de transporte de

elétrons se encontra na membrana celular e nem

sempre é completo;



Numa célula eucariótica aeróbica a produção

Oxidação completa da glicose



Fornece

36

ATP,

considerando

1NADH

produzindo 3ATP e 1FADH

. Aqui vale lembrar

que o NADH produzido no citoplasma entra na

mitocôndria através da lançadeira de eletrons.

GLICOSE +O



6H

O + 6CO

+ x ATP

X



VARIÁVEL DE ACORDO COM OS

MICRORGANISMOS (apresentarem cadeia

transportadora de e

completa ou não )

Lançadeira de elétrons



As mitocôndrias são impermeáveis ao NADH e

NAD

citoplasmático, assim os elétrons do NADH

são transportados através da mitocôndria usando-se

como carreador o glicerol-3-fosfato, que atravessa

a mesma, onde é oxidado a didroxiacetona fosfato

pelo FAD reduzido a FADH

, que entrega os

Lançadeira de elétrons

CH

OH CH

OH

│ │

C=O H-C-OH

│ │

CH

─O─PO

CH

─O─PO

Diidroxicetona Glicerol Fosfato Fosfato

CITOSOL CELULAR

---

MITOCONDRIA CELULAR

CH

OH CH

OH

│ │

C=O H-C-OH

│ │

CH

─O─PO

CH

─O─PO

Diidroxicetona Glicerol Fosfato Fosfato

TRANSPORTADORA DE ELETRONS

NADH + H+

NAD+ NAD+

FAD+

NAD+



A energia livre disponibilizada pelo fluxo de elétrons

criado é acoplada ao transporte contra o gradiente de

prótons através da membrana interna da mitocôndria

(impermeável a estes prótons), conservando parte desta

energia como potencial eletroquímico transmembrana.



O fluxo transmembrana dos prótons "de volta", a favor

de seu gradiente de concentração através de poros

protéicos específicos fornece energia livre para a síntese

de ATP.



A cadeia transportadora de elétrons, cadeia respiratória

ou fosforilação oxidativa é a convergência final de todas

as vias de degradação oxidativa. A oxidação dos mais

variados combustíveis metabólicos libera elétrons que

são entregues pelas enzimas desidrogenases a

transportadores específicos, reduzindo-os (de NAD+ e

FAD a NADH+ e FADH2). Na CTE estes elétrons serão

entregues ao oxigênio.



A transferência pode se dar de três formas: Direta, como

átomo de hidrogênio (H+ + 1elétron), ou como íon

hidreto - H- (H+ + 2 elétrons).



O NADH+ e o FADH

transportam os elétrons de

Síntese de ATP



A

cadeia transportadora de elétrons

não produz

nenhum ATP, sendo responsável apenas por gerar

um potencial eletroquímico de prótons.



Através de um complexo localizado também na

membrana mitocondrial interna -

ATP sintase

- estes

prótons poderão passar de volta ao interior da

mitocôndria, sendo a energia liberada neste

transporte utilizada pelo complexo para síntese de

ATP a partir de ADP e Pi.



Este complexo é constituído por um componente

integral de membrana (a porção

Fo

), que é o canal

iônico por onde passarão os prótons, e uma porção

periférica (

F1

, voltada para a matriz) acoplada à