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Metabolismo Energético

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Academic year: 2021

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(1)

Metabolismo

Energético

(2)

• Fator limitante à vida  ENERGIA!!

• Produção de energia: moléculas orgânicas com potencial

energético nas suas ligações químicas são quebradas;

• Processos de obtenção de energia: respiração anaeróbia,

respiração aeróbia (mais energético  poder oxidante do O2)

e fermentação;

• Autotróficos fotossintetizantes  produzem moléculas

orgânicas a partir de moléculas inorgânicas e luz solar pela

fotossíntese. Elas são incorporadas à biomassa do

organismo ou são degradadas no processo de respiração

celular (aeróbia)

• Heterotróficos: obtém as moléculas orgânicas do meio ao se

alimentar de outros seres, realizando respiração celular ou

fermentação;

(3)

• Trifosfato de Adenosina (ATP):

capta a energia das reações

exergônicas

, a armazena

temporariamente e depois a

transfere para uma reação

endergônica

.

Armazenamento

de energia

na forma de ATP

Adenosina-P~P~P Adenosina-P~P + Pi 7000 calorias

• Reações

exergônicas

: liberam energia livre e calor

• Reações

endergônicas

: consomem energia

(4)

Alimentos

Açucares Gorduras Proteínas

Biopolímeros

Proteínas Polissacarídeos Gorduras Ác. Nucléicos Catab olismo A nabo li sm o A T P

Produtos Finais

CO2 H2O NH3

Precursores

Aminoácido Monossacarídeos Ác. Graxos Bases Nitrogenadas

(5)

 Respiração Celular:

C

6

H

12

O

6

+ 6 O

2

6CO

2

+ 6 H

2

O + 686 Kcal

Processo que permite às células retirarem a energia acumulada nos compostos orgânicos.Também é um processo de OXIDAÇÃO, onde a energia liberada na forma de e- é aproveitada e transportada pelos aceptores

intermediários de e-: NAD, FAD

(6)

1. Glicólise

(Citoplasma)

2 X Hexoquinase Fosfofrutoquinase Piruvato cinase

Saldo:

- 2 ATP´s - 2 NADH.H+ (reduzidos) - 2 piruvatos

(7)

Glicólise

Glicose

Glicose-6P

Hexoquinase presente em todos os tecidos extra-hepáticos afinidade pela glicose Glicoquinase presente apenas nas células hepáticas e ilhotas do pâncreas afinidade pela glicose captação de glicose do sangue para os tecidos captação de glicose para formação de glicogênio hepático ATP ADP+Pi E 6C

(8)

Ácido acético

+

Gás carbônico Eliminado na respiração Radical acetil

+ CO A

Coenzima A Acetil COA (2) (2)

Síntese de Acetil-CoA

+

NADH.H+

(9)

2. Ciclo de Krebs ou Ciclo do Ácido Cítrico

(matriz mitocondrial)

P/ cada Acetil CoA:

- 4 NADH.H+ - 1 FAD.H 2 - 1 ATP - 3 CO2 Tudo multiplicado por 2!

(10)

+ 2 H +1/2 O2

H2O

(11)

Resumo da Cadeia Respiratória:

• NADH.H+ e FADH2 são reoxidados, liberando elétrons e prótons

H+

• Os e- irão ser transportados pela cadeia transportadora e depois ser

aceptados pelo O2 formando água, junto com os prótons

• A energia liberada no fluxo de e- é utilizada para bombear íons H+

da matriz para o espaço intermembranas, criando um GRADIENTE

QUIMIOSMÓTICO

• Os íons H+ retornam à matriz pela ATP sintase, liberando energia

para a fosforilação de ADP em ATP

• Para cada NADH.H+ têm-se a formação de 3 ATP’s e para cada

FADH2 têm-se a formação de 2 ATP’s.

(12)

ETAPA OCORRÊNCIA

RENDIMENTO (em moléculas de

ATP)

Glicólise Formação de 2 NADH.HFormação direta de ATP +

(x 3 ATP)

2 6

Síntese de

Acetil -CoA Formação de 2 NADH.H

+ (x 3 ATP) 6

Ciclo de Krebs

Formação direta de ATP 2 Formação de 6 NADH.H+ (x 3 ATP)

Formação de 2 FADH2 (x 2 ATP)

18 4

Total 38

Balanço Energético da Respiração

OBS.: Em algumas células há gasto de um ATP para transportar cada

NAD reduzido formado durante a Glicólise para dentro da mitocôndria. Assim, o saldo de ATP é menor (36).

(13)

Além da glicose, outras moléculas orgânicas, tais como açucares, lipídeos e proteínas também podem ser degradadas através do processo respiratório. Proteínas Açucares Lipídeos Acetil CoA Ácidos graxos + Glicerol Aminoácidos

Ciclo de Krebs

(14)

Inibidores da cadeia

respiratória

• Interrompem o fluxo de elétrons;

Impedem a:

• reoxidação do NADH2 e FADH2;

• criação do gradiente quimiosmótico;

• redução do O2 a H2O;

• Produção de ATP.

Ciclo de Krebs e

Cadeia Respiratória

não ocorrem!

Fermentação Morte

(15)

Inibidores da cadeia

respiratória

Cianeto:

• Inseticidas, revelação fotográfica, produção de plásticos,

acrilato e colas instantâneas, douração de certos metais a frio

(cianeto de ouro), espuma de isolamento acústico – Boate Kiss!

• Se liga ao citocromo oxidase;

• Impede a doação de elétrons para o O2;

Envenenamento pode causar:

• Acidose láctica;

• Hipóxia histotóxica – acúmulo de oxihemoglobina!

Cianureto:

• Mandioca-brava;

• Suicídios na 2ª Guerra Mundial;

• Câmaras de gás;

(16)

Desacopladores da cadeia

respiratória

• Desacoplam a produção de ATP do fluxo de elétrons e

consumo de O2;

• Aumenta o consumo de O2;

• Diminui a produção de ATP;

• Desfaz o gradiente quimiosmótico;

• Energia é dissipada na forma de calor;

DINITROFENOL (DNP) e FLUOROCARBONIL-CIANETO

FENILHIDRAZONA (FCCP)

• Transportam H+ do espaço intermembranar para a matriz sem

passar pela ATPsintase;

TECIDO ADIPOSO MARROM

(17)

Desacopladores da cadeia

respiratória

Termogenina – desfaz o gradiente

quimiosmótico!

(18)

 Fermentação

(Ocorre na ausência de O2)

Objetivo: reoxidar o NADH.H+ e permitir um mín de ATP

Glicose 2 Ácidos pirúvicos

2 ADP 2 ATP

2 NAD ox 2 NAD red

Produto

Fermentação

1. Fermentação Alcóolica

Ex: leveduras (anaeróbicos facultativos). Produção de vinho, cerveja, pão, etc.

Ácido pirúvico

NAD red NAD ox

Etanol + CO2

(19)

2. Fermentação Lática

Ex: células musculares, bactérias. Fabricação de queijos, coalhadas e iogurtes.

Ácido pirúvico

NAD red NAD ox

Ácido Lático

Rendimento: 2 ATP´s. Maior consumo de glicose.

Respiração Anaeróbia

Processo muito semelhante à respiração aeróbia. A diferença principal é que o aceptor final na cadeia transportadora de elétrons não é o O2, mas sim uma outra substância inorgânica, que pode ser um nitrato, um sulfato ou um carbonato. Ex: bactérias desnitrificantes.

3. Fermentação Acética

Ex: acetobactérias. Produção de vinagre. O ác. pirúvico é reduzido a ác. acético com liberação de CO2.

(20)
(21)

Fotossíntese

(22)

6CO

2

+ 12 H

2

O C

6

H

12

O

6

+ 6 H

2

O + 6 O

2

Provém da água

 Realizada por algas, vegetais e cianobactérias, mas apenas algas e vegetais possuem cloroplastos.

 A fotossíntese tem 2 etapas:

- Fase luminosa (clara) depende de luz

(23)

 Importância da Fotossíntese para os Seres vivos:

- Produção de matéria orgânica para a nutrição dos seres;

- Constante purificação do ar atmosférico dele retirando CO2 e a ele devolvendo O2 para a respiração dos seres vivos.

(24)

 Onde ocorre a fotossíntese?

(25)

 Onde ocorre a fotossíntese?

- Eucariontes  Cloroplastos

*Fase clara: membrana

dos tilacóides. Ocorre a produção de O2 com a fotólise da água, produção de ATP e de NADP red;

*Fase escura: estroma.

Ocorre a redução do CO2 em glicose, gerando ADP e NADP oxi;

(26)

 Cloroplastos

 Dupla membrana;  DNA próprio;

 RNA próprio;

 Ribossomos próprios;  Contém pigmentos, como a clorofila, que

absorvem luz, convertendo a energia solar em energia química;  Clorofila  membrana do tilacóide. Se associam a outros pigmentos e proteínas, formando os fotossistemas;

Fotossistemas: Existem dois

fotossistemas (PSI e PSII), que quando iluminados perdem e-, que passam por uma cadeia transportadora, liberando energia para produção de ATP.

(27)

Absorção de luz

Pigmentos fotossintéticos:

clorofila (a e b), carotenóides

e ficoeritrinas

O principal pigmento

fotossintético é a

clorofila a –

Fotossistema I

Por que a clorofila a

é

verde?

(28)

Clorofila b

Clorofila a

ficoeritrina

caroteno

ficocianina

(29)
(30)

 Luz na Fotossíntese:

 Etapas da Fotossíntese:

1. a absorção da energia da luz pela clorofila; 2. a fotólise da água;

3. a liberação de oxigênio e a redução de uma aceptor de elétrons chamado NADP, que passa a NADPH2;

4. a formação de ATP; 5. a síntese de glicose.

(31)

Dependente de luz; Ocorre na membrana dos tilacóides. Compreende dois fenômenos que ocorrem paralelamente: fotofosforilação cíclica e fotofosforilação acíclica;

 Fase luminosa da Fotossíntese:

1. Fotofosforilação

acíclica:

OBS: Ocorre a fotólise da

água e a consequente liberação de O2. Cada molécula de NADP pode receber 2 e-, assim ele passa a NADP reduzido.

ATP e NADPH.H+ formados na fase clara serão de fundamental utilidade para desencadear a fase escura da fotossíntese.

Todo o O2 liberado provém da fotólise da água!

(32)

SALDO DA FASE CLARA

(fotofosforilação acíclica):

- ATP;

- NADPH2;

- O2;

Obs: o oxigênio é liberado para a

atmosfera,

enquanto

NADP

reduzido e ATP serão empregados

na próxima fase da fotossíntese, na

fase de produção de glicose.

Obs: as fases clara e escura são

interdependentes. A fase escura

utiliza ATP e NADPH2 formados

na fase clara, reoxidando o

NADP e produzindo ADP. Estes

por sua vez, retornam à fase

clara para ser reduzido (NADP) e

fosforilado (ADP) novamente.

Assim, se fase clara não ocorre,

também não ocorre a escura e

vice-versa!!

(33)
(34)

2. Fotofosforilação cíclica

(bactérias)

OBS: não há fotólise da água, não há liberação de O2, nem formação de

(35)

FOTOSSISTEMA

Complexo antena

Centro de Reação

COMPLEXO

ANTENA:

Pigmentos associados à

proteínas antena para

melhor captação de luz

 transferem energia

para o centro de reação

CENTRO DE

REAÇÃO:

Possui um par de

clorofila especial

absorve a energia e

perde elétrons

(36)

Bombeamento de prótons na fotossíntese

• Formação de

gradiente

quimiosmótico;

•Bombeamento

de prótons para

o lúmen do

tilacóide;

•Retorno dos

prótons para o

estroma.

(37)

 Fase escura da Fotossíntese

(estroma)

Também chamado de Ciclo de Calvin ou Ciclo das pentoses.

Independe de luz, mas é dependente de NADP red e ATP formados pela fase clara para reduzir o CO2!!

CO2 3-fosfoglicerato 1,3 difosfoglicerato Gliceraldeído 3-fosfato Ribulose 5-fosfato Frutose 1,6 difosfato Glicose / amido/ Sacarose/ aa’s Ribulose 1,5 -difosfatofosfato

ATP ADP NADPH NADP

Regeneração

OBS: São necessários 6 CO2 para

formar 1 glicose.

A cada 2 ciclos (2 gliceraldeído 3-fosfato) forma-se 1 glicose.

(38)

Plantas CAM:

cactos,

bromélias (abacaxi) e lírios

• Armazena CO2 em compostos

orgânicos durante a noite – temporal. Noite: Fosfoenolpiruvato + CO2 = malato Dia: Malato é descarboxilado= fosfoenolpiruvato + glicose (fase escura)

(39)

Plantas C4:

milho, cana-de-açucar, orquídea

Mantém altas taxas de fotossíntese, mesmo com baixas

[CO2]

•Armazena CO2 em compostos orgânicos nas células da

bainha vascular – espacial.

Células do mesófilo:

Fosfoenolpiruvato + CO2 = malato

Células da bainha:

Malato é descarboxilado = piruvato + glicose (fase escura)

(40)

Obs:

as plantas C3 só utilizam a via C3 (formação de

PGAL), enquanto as plantas C4 e CAM utilizam tanto a via

C3 quanto C4.

Fotorrespiração

• Dias muito quentes 

acúmulo de NADP red e ATP

•Rubisco oxidase promove a

reação entre ribulose

(41)

Fatores limitantes da fotossíntese

Fatores limitantes intrínsecos

• Disponibilidade de pigmentos fotossintetizantes

• Disponibilidade de enzimas e de cofatores

Fatores limitantes extrínsecos

• A Temperatura;

• Intensidade luminosa;

• O comprimento de onda;

• A concentração de CO

2.

(42)
(43)

Intensidade luminosa

(44)
(45)

Concentração de CO2

Atmosfera  0,03%

(46)

Ponto de compensação fótica

Taxa de respiração constante;

taxa de fotossíntese varia;

(47)

Quimiossíntese

 Reações de oxidação de substâncias inorgânicas geram

ATP, que será utilizado para a produção de glicose e

liberação de O2..

Bactérias e arqueobactérias autotróficas:

Primeira etapa (análoga à fase clara da fotossíntese)

Composto Inorgânico + O2 → Compostos Inorgânicos oxidados + Energia Química

Segunda etapa (análoga à fase escura da fotossíntese)

CO2 + H2O + Energia Química → Compostos Orgânicos + O2 •Ex: ferrobactérias, nitrobactérias (nitrificantes).

(48)

Quimiossíntese

•Metanogênicas: H2 + CO2 = CH4. Lixões, pântanos e tubos digestivos;

• Ferrobactérias: do gênero Ferrobacillus oxidam íon ferroso (Fe++) a íon férrico (Fe+++), obtendo ATP.

• Nitrosomonas e Nitrobactérias oxidam amônia a nitrito e nitrito a nitrato, respectivamente, obtendo ATP.

Nitrosomonas:

• NH3 (amônia) + O2 → NO2- (nitrito) + Energia • 6 CO2 + 6 H2O + Energia → C6H12O6 + 6 O2

Nitrobacter:

•NO2- (nitrito) + O

2 → NO3- (nitrato) + Energia •6 CO2 + 6 H2O + Energia → C6H12O6 + 6 O2

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