Bioquímica - respiração celular

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Bioquímica
Profª. Ana Elisa Matias
Respiração Celular
Metabolismo
• O processo metabólico se divide em dois grupos
denominados anabolismo (reações de síntese)
e catabolismo (reações de degradação).
– Anabolismo são reações químicas construtivas, ou seja,
produzem nova matéria orgânica nos seres vivos e por isso
consomem energia. Por exemplo, a síntese de proteínas no
tecido muscular a partir de aminoácidos.
– Catabolismo são reações químicas destrutivas, ou seja, há
uma quebra de substâncias e consequente liberação de energia.
Por exemplo, a quebra da molécula de glicogênio com liberação
de glicose.
2
Metabolismo
• A energia para a manutenção da vida provém da
degradação das moléculas orgânicas (carboidratos,
lipídios, proteínas) que o organismo utiliza como
alimento.
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• Nossas células, por
exemplo, oxidam
moléculas de certos
nutrientes absorvidos,
degradando-as a
moléculas de água e de
gás carbônico e obtendo
a energia para suas
atividades vitais.
Metabolismo
• Nos seres vivos, a energia obtida das moléculas
orgânicas degradadas não é transferida diretamente
para os processos celulares: ela é primeiramente
armazenada em moléculas de trifosfato de adenosina
(ATP), cuja função é captar energia liberada nas
reações químicas e transferi-la quando a célula
necessitar.
• O metabolismo basal (mb) é a quantidade de calorias ou
energia, durante o repouso, que o corpo necessita fazer
funcionar todos os órgãos.
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Como a energia é armazenada 
na célula?
Nas ligações fosfato da molécula de ATP.
Adenosina Trifosfato (ATP)
• Função: armazenamento temporário de energia.
• Estrutura: Os ATPs são formados por uma molécula de adenosina
(base nitrogenada adenina + açúcar ribose) combinada a três
radicais fosfato ligados em cadeia. A energia liberada pela quebra
de nutrientes é temporariamente armazenada nas ligações da
cadeia de fosfatos.
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• Armazena nas suas ligações fosfatos a energia
liberada na quebra da glicose.
• Quando a célula precisa de energia para realizar
alguma reação química, as ligações entre os fosfatos
são quebradas, energia é liberada e utilizada no
metabolismo celular.
Adenosina Trifosfato (ATP)
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Adenosina Trifosfato (ATP)
Adenosina Difosfato (ADP)
• Quando a célula precisa de energia para fazer funcionar uma
bomba de sódio e potássio, por exemplo, ela irá quebrar a molécula
de ATP.
• Essa quebra é bastante simples, uma vez que é feita por hidrólise
(quebra pela água). Assim, quebra-se a ligação entre o 2º e o 3º
grupo fosfato e libera-se a energia que mantinha esses dois
grupamentos ligados.
• Dessa maneira, ao fim da quebra
dessa molécula, temos um grupo
fosfato livre e uma molécula de
ADP.
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Aceptores intermediários de 
Hidrogênio
• NAD e FAD
• São aceptores intermediários de hidrogênio, ligando-se
a prótons H+ “produzidos” durante as etapas da
respiração e cedendo-os para o oxigênio, que é aceptor
final de hidrogênios.
Um pouco mais sobre o nicotinamida 
adenina dinucleotídeo (NAD)
• Também conhecido por dinucleótido de nicotinamida
e adenina ou ainda difosfopiridina nucleotídeo.
• É uma coenzima que apresenta dois estados de
oxidação: NAD+ (oxidado) e NADH (reduzido).
• A forma NADH é obtida pela redução do NAD+ com dois
elétrons e aceitação de um próton (H+).
NAD+ + H+ + 2e- → NADH
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NAD
H+
●¯ + H+
• Trata-se de um composto orgânico (a forma ativa da
vitamina B3) encontrado nas células de todos os
seres vivos e usado como "transportador de
elétrons" nas reações metabólicas de oxi-redução.
• Em sua forma reduzida (NADH) faz a transferência
de elétrons durante a fosforilação oxidativa.
2 Hidrogênios
13
14
Flavina adenina dinucleotídeo
(FAD)
H+
H+
• É o processo de conversão ou “extração” da energia das
ligações químicas das moléculas orgânicas que será
utilizada para todas as formas de trabalho biológico.
• A organela responsável por esse mecanismo é a
mitocôndria. Neste processo ocorre a liberação de dióxido
de carbono e energia e o consumo de oxigênio e glicose, ou
outra molécula orgânica.
RESPIRAÇÃO CELULAR 
RESPIRAÇÃO CELULAR 
Respiração Aeróbica
• processo pelo qual a glicose é degradada em CO2 e 
H2O na presença de oxigênio. 
• Rendimento → 38 ATPs por molécula de glicose 
quebrada.
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 38 ATP
RESPIRAÇÃO CELULAR
Na respiração aeróbia, a 
desmontagem da glicose pode ser 
reduzida assim:
1.Quebra gradativa das ligações 
entre os carbonos e saída de CO2
DESCARBOXILAÇÃO
2. Remoção dos hidrogênios da 
glicose em vários momentos do 
processo 
DESIDROGENAÇÃO
3. Queima dos hidrogênios, na 
cadeia respiratória 
OXIDAÇÃO
4. Liberação de energia capturada 
pelo sistema ADP ATP e formação 
de água
5. Na ausência de O2, o processo no 
interior da mitocôndria é 
interrompido e tem início a 
fermentação
ACEPTORES 
INTERMEDIÁRIOS 
DEHIDROGÊNIO 
substâncias que retiram 
hidrogênio dos derivados 
da glicose e cedem ao 
oxigênio 
Fases:
1. Anaeróbia (glicólise): não necessita de oxigênio para
ocorrer e é realizada no citoplasma ou hialoplasma.
2. Aeróbia (ciclo de Krebs e cadeia transportadora de
elétrons): requer e presença de oxigênio e ocorre
dentro das mitocôndrias
Respiração Aeróbica
MITOCÔNDRIAS – RESPIRAÇÃO CELULAR 
PRODUÇÃO DE ATP 
I- GLICÓLISE – Quebra da glicose - ATP
II- CICLO DE KREBS - Conjunto de reações que formam CO2 - NADH2 - FADH2 - ATP
III- CADEIA RESPIRATÓRIA – Produção de moléculas de ATP – H20
ETAPAS DA RESPIRAÇÃO CELULAR 
3 - FOSFATOS
PENTOSE
RIBOSE
BASE NITOGENADA
ADENINA
LIGAÇÕES RICAS EM 
ENERGIA CALORÍFICA
A
T
P
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 
• Formada por 2 membranas;
• A membrana externa é lisa e controla a
entrada/saída de substâncias da organela;
• A membrana interna contém inúmeras pregas
chamadas cristas mitocondriais, onde ocorre a
cadeia transportadora de elétrons;
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MITOCÔNDRIA
• Cavidade interna é preenchida por uma matriz viscosa,
onde podemos encontrar várias enzimas envolvidas com
a respiração celular, DNA, RNA e pequenos ribossomos.
É nessa matriz mitocondrial que ocorre o ciclo de Krebs.
MITOCÔNDRIA
• Os carboidratos, as biomoléculas mais abundantes na
natureza, são as fontes universais de nutrientes para as
células humanas.
• A glicose é o carboidrato mais importante.
• Nas células, a glicose é degradada ou armazenada por
diferentes vias.
• A glicólise transforma a glicose em duas moléculas de
piruvato (ou lactato) posteriormente, degradado para a
produção de energia. 25
Glicólise (via de 
Embden−Meyerhof−Parnas)
Glicólise
• Quebra da glicose em duas moléculas de piruvato + 
NADH + ATP
• O glicogênio, a forma de armazenamento da glicose nos
mamíferos, é sintetizado pela glicogênese. As reações
da glicogenólise desdobram o glicogênio em glicose.
• É também possível sintetizar glicose a partir de
precursores não−carboidratos pelo mecanismo
chamado gliconeogênese.
• A via das pentoses−fosfato converte a glicose em
ribose−5−fosfato (o açúcar utilizado para a síntese dos
nucleotídeos e ácidos nucléicos) e outros tipos de
monossacarídeos. O NADPH, um importante agente
redutor celular, é também produzido por essa via.
27
Glicólise
28
29
• A oxidação completa da D-glicose ocorre com uma
variação da energia livre padrão de -2840kJ/mol,
que pode ser empregada para produzir ATP de
maneira aeróbica e anaeróbica.
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Glicólise
• Nos vegetais superiores e nos animais, a glicose tem
três destinos principais:
(a) Pode ser armazenada como polissacarídeo ou como
sacarose.
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(b) Pode ser oxidada a compostos de três átomos de
carbono (piruvato) por meio da glicólise.
32
• Pode ser oxidada a pentoses, por meio das pentoses
fosfatos (rota do fosfogliconato).
GSH – glutationa (forma reduzida)
GSSG – glutationa (formaoxidada)
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Glicólise
• Função: quebra de moléculas de glicose e formação do 
piruvato (ácido pirúvico).
• Local: citosol
• Procedimento:
– Glicose → 2 piruvato: liberação de hidrogênio e energia.
– 2NAD → 2NADH .
– Produção:4 ATP Gasto: 2ATP
– Saldo energético: 2 ATP
• O piruvato formado entra na mitocôndria e é convertido 
em acetil CoA, que segue para o ciclo de Krebs.
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Glicólise
• Ocorre no citosol da célula e consiste na degradação
da glicose, por ação enzimática, a fim de produzir
duas moléculas de piruvato.
• Durante as reações da glicólise, parte da energia livre
liberada é conservada na forma de ATP e NADH.
ATP
35
• Em certos tecidos e tipos celulares de
mamíferos como eritrócitos, medula renal,
cérebro e esperma, por exemplo, a glicose, por
meio da glicólise, é a única fonte de energia
metabólica.
• Fermentação
- Termo geral que denota a “degradação
anaeróbica da glicose ou de outros nutrientes
orgânicos em vários produtos para obter energia
conservada na forma de ATP”.
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• O processo da glicólise difere de uma espécie para
outra apenas em detalhes da sua regulação e no destino
metabólico subsequente do piruvato formado.
• A oxidação da glicose (glicólise) para a formação de
duas moléculas de piruvato (3 átomos de C, cada)
ocorre em uma sequência de 10 passos.
• A via glicolítica é dividida em duas etapas que têm por
objetivo a síntese de energia e a formação de piruvato
37
Fase preparatória (5 primeiros passos).
Passo 1: fosforilação da glicose no grupo hidroxila em C-6
para liberar glicose-6-fosfato.
- A molécula de glicose que entra nos tecidos é fosforilada (ganha um
grupo fosfato) com gasto energético de uma molécula de ATP, dando
origem à glicose-6-fosfato e ADP.
Doador de 
fosfato: ATP
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VIA GLICOLÍTICA 
• Trata-se de uma reação irreversível, catalisada
pela enzima hexoquinase.
IMPORTANTE: o nome comum quinase
(transferase) é aplicado a todas as enzimas que
catalisam a transferência do grupo fosfato
terminal do ATP para um receptor nucleofílico
qualquer. Ex.: hexose, no caso da hexoquinase.
39
• Para ser ativa, a hexoquinase, assim como muitas
outras quinases, requer Mg2+, atuando como cofator
da enzima, já que o substrato da enzima é o
complexo MgATP2-.
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- Passo 2: a D-glicose-6-fosfato assim formada é 
convertida em D-frutose-6-fosfato.
Fosfoexose 
isomerase
Mg2+
Fosfoexose 
isomerase
Mg2+
OBS: A enzima fosfoexose isomerase é também chamada de fosfoglicoisomerase
41
• A enzima fosfoexose isomerase (fosfoglico
isomerase) catalisa a isomerização reversível
de uma aldose, a glicose-6-fosfato, em uma
cetose, a frutose-6-fosfato.
• A fosfoexose isomerase é específica para esse
tipo de reação.
• A reação está em equilíbrio químico, e sua
velocidade de conversão em ambos os sentidos
é rápida devido a baixa energia livre padrão
envolvida no processo (∆Go = - 1,7 kJ/mol).
42
- Passo 3: fosforilação da frutose-6-fosfato 
em frutose-1,6-bifosfato.
43
• Há, portanto, a transferência de um grupo fosfato do
ATP para a frutose-6-fosfato catalisada pela
fosfofrutoquinase 1 (PFK-1).
• A reação é irreversível nas condições celulares.
• Algumas bactérias e protistas e, talvez, todos os
vegetais possuem uma fosfofrutoquinase que usa o
pirofosfato (PPi), e não o ATP, como o doador do
grupo fosfato na síntese da frutose-1,6-bifosfato.
44
Pirofosfato (PPi)
45
- Passo 4: Clivagem da frutose-1,6-bifosfato em
duas trioses.
aldolase 
46
• Catalisada pela enzima frutose-1,6-bifosfato aldolase
(reação de condensação reversível).
• A clivagem resulta em duas trioses fosfatos diferentes: o
gliceraldeído-3-fosfato (aldose) e a diidroxiacetona
fosfato (cetose).
• A via glicolítica é alimentada apenas por uma das duas
trioses: gliceraldeído-3-fosfato.
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- Passo 5: A interconversão das trioses fosfato.
IMPORTANTE!!!
Apenas o gliceraldeído-3-fosfato pode ser
degradado diretamente nos passos subsequentes
da glicólise.
Entretanto, a diidroxiacetona fosfato é rápida e
reversivelmente convertida em gliceraldeído-3-
fosfato pela enzima triose fosfato isomerase.
48
• Passo 5: A interconversão das trioses fosfato.
Essa reação completa a fase preparatória da Glicólise.
triose fosfato isomerase
(a)
49
• Importante!!!
- Duas moléculas de ATP precisam ser
investidas para ativar, ou iniciar, a
molécula de glicose para sua quebra em
duas partes com 3 carbonos!!
- Depois haverá um retorno positivo para
esse investimento.
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• Dessa forma,
“na fase preparatória da glicólise, a energia do
ATP é investida, e as cadeias carbônicas de
todas as hexoses são convertidas em
gliceraldeído-3-fosfato”.
51
52
• Fase de pagamento: conversão do gliceraldeído-
3-fosfato em piruvato com formação de ATP.
→ A cada duas moléculas de gliceraldeído-3-
fosfato convertida em duas moléculas de
piruvato, há a formação de quatro moléculas de
ATP.
Entretanto, o rendimento líquido de ATP por
molécula de glicose degradada é apenas dois, já
que duas moléculas de ATP são investidas na
fase preparatória da glicólise.
53
54
• Passo 6. Oxidação do gliceraldeído-3-fosfato em 1,3-
bifosfoglicerato. Catalisador: gliceraldeído-3-fosfato
desidrogenase.
Gliceraldeído-3-
fosfato 
desidrogenase
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• Nessa etapa, o grupo aldeído de gliceraldeído-3-
fosfato é desidrogenado, formando o grupo acil-
fosfato.
• A coenzima NAD+ é o receptor de hidrogênio da
reação catalisada, para liberar a coenzima reduzida
NADH.
• O outro átomo de hidrogênio da molécula do substrato
aparece em solução como H+.
O NADH é continuamente 
reoxidado para permitir que a 
remoção de H+ ocorra de 
forma ininterrupta, enquanto 
exista gliceraldeído-3-fosfato.
56
• Passo 7. Transferência do fosfato do 1,3-
bifosfoglicerato para o ADP. Enzima de
transferência: fosfoglicerato quinase.
57
• O grupo fosfato de alta energia é transferido do grupo
carboxila do 1,3-bifosfoglicerato para o ADP, formando
ATP e 3-fosfoglicerato.
• Os passos 6 e 7 constituem um processo acoplador
de transferência de energia.
Intermediário comum: 1,3-bifosfoglicerato:
- No passo 6, é formado em uma reação endotérmica.
- No passo 7, transfere um grupo fosfato ao ADP em
uma reação fortemente exotérmica.
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• A soma das reações em sequência é:
Tratam-se de reações reversíveis.
- A energia na oxidação de um aldeído a um grupo
carboxilato é conservada pela formação concomitante
de ATP com emprego de ADP e Pi.
59
• Obs.:
→ A formação de ATP pela transferência de um grupo
fosfato de um substrato como o 1,3-bifosfoglicerato é
referida como fosforilação no nível do substrato.
→ É diferente do mecanismo conhecido como
fosforilação ligada à respiração. Neste, as enzimas
envolvidas estão presas em membranas, enquanto na
fosforilação no nível do substrato, as enzimas são
normalmente intermediários químicos solúveis.
60
• Passo 8. Conversão do 3-fosfoglicerato em 2-
fosfoglicerato, auxiliada pela enzima fosfoglicerato
mutase.
Trata-se da transferência reversível do grupo fosforil
entre C-2 e C-3 do glicerato.
61
• O nome geral mutase é dado a enzimas que
catalisam a transferência de um grupo funcional de
uma posição para outra na mesma molécula de
substrato.
• As mutases são uma subclasse das isomerases,
enzimas que interconvertem estereoisômeros,
isômeros estruturais ou posicionais.
Isômeros estruturais
Isômeros posicionais 62
• Passo 9. Desidratação do 2-fosfoglicerato para
fosfoenolpiruvato catalisada pela enzima enolase.
→ O fosfoenolpiruvato é um composto com alto
potencial de transferência de grupo fosforil.
63
• IMPORTANTE!!!
→ A enzima enolase promove a reação REVERSÍVEL
da molécula de água do 2-fosfoglicerato para liberar o
fosfoenolpiruvato.
ENOLASE 64
• Passo 10. Transferência do grupo fosforil do
fosfoenolpiruvato para o ADP catalisada pela enzima
piruvato quinase.
65
→A enzima piruvato quinase requer K+ e ou Mg2+ ou
Mn2+ como promotores catalíticos.
IMPORTANTE!!- Na reação de fosforilação, o piruvato aparece
inicialmente na sua forma enol mas rapidamente
tautomeriza (isomeria funcional) para liberar a forma
cetônica do piruvato, que predomina em pH 7,0.
66
• A reação é altamente energética e exotérmica, o que
facilita a ligação do grupo fosfato ao ADP e a
formação de ATP.
• A reação do piruvato quinase é essencialmente
irreversível sob condições intracelulares e é um
importante sítio de regulação
• Dessa forma, a equação geral da glicólise em
condições aeróbicas pode ser descrita como:
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FÓRMULA DA GLICÓLISE 
Glicose + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD
+ ---> 2 moléculas de ácido
pirúvico + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O
Observar:
- a fosforilação de 2 moléculas de ADP;
- A redução de 2 moléculas de NAD+.
69
70
A glicólise é um importante processo que ocorre no
interior da célula em que uma molécula de glicose é
quebrada
a) em uma molécula de ácido pirúvico.
b) em duas moléculas de ácido pirúvico.
c) em três moléculas de ácido pirúvico.
d) em uma molécula de ácido nucleico.
e) em duas moléculas de ácido nucleico.
A glicólise é um processo que compreende dez reações
químicas, cada uma delas com a participação de uma
enzima específica.
Assinale a alternativa correta em relação à glicólise
anaeróbica.
a) É o processo responsável pela quebra da glicose,
transformando-a em piruvato ou ácido pirúvico.
b) É realizada apenas em células animais e procariontes
heterotróficos.
c) Promove a quebra da glicose no interior da mitocôndria.
d) Libera energia na forma de 38 ATPs.
e) Transforma ácido lático em ácido pirúvico.
71
O esquema a seguir resume o consumo (X) e a produção (Y) de 
ATP na glicólise por molécula de glicose oxidada:
72
Os valores de X e Y são, respectivamente:
• 2 e 4
• 4 e 2
• 2 e 8
• 8 e 4
Z 
(NADH2)
• Lembrando que:
- O principal objetivo da glicólise é promover a quebra de
uma molécula orgânica (glicose) a fim de liberar energia
(ATP) para seja utilizada no processo de respiração
celular.
- As duas moléculas de NADH liberadas entre o passo 5 e
6 transferem energia ao ATP na ultima fase da
respiração celular.
73
• Os dois piruvatos liberados (saldo positivo) são, em
seguida, transferidos para a mitocôndria (matriz
mitocondrial) para que se tenha início o ciclo do ácido
cítrico.
74
• O início do ciclo do ácido cítrico consiste na
passagem do ácido pirúvico pela membrana da
mitocôndria com liberação de CO2 (aeróbico).
• O piruvato, sofre o processo de descarboxilação, sendo
convertido em acetil-CoA o qual será utilizado para dar
início a via aeróbica de produção de energia
denominada ciclo de Krebs
75
• Para cada glicose quebrada, dois piruvatos foram
formados e assim duas espécies acetil-CoA.
• No processo de quebra de uma ligação com CO2
energia é liberada e armazenada pelo NAD+ que se
transforma em NADH, armazenador de energia.
• Dessa forma são formados dois NADH
76
77
Ciclo de Krebs
• Nomes: ciclo do ácido cítrico ou ácido tricarboxílico.
• Mentor: Hans Adolf Krebs, (1953)
• Local: matriz mitocondrial
• Procedimento:
– Acetil-coenzima A (acetil-CoA): entra no ciclo de Krebs.
– Ciclo de Krebs: liberação de CO2, ATP, NADH, FADH2
– Cada ciclo de Krebs forma: 1 ATP, 2CO2, 3NADH e 1FADH2.
• Obs.: Todo o gás carbônico liberado na respiração provém 
da formação do acetil e do ciclo de Krebs.
78
• O Acetil-CoA, componente fundamental
e transversal no metabolismo dos seres
vivos, forma-se a partir do catabolismo
das três biomoléculas principais a nível
energético
• A partir dos açúcares (graças ao
intermediário piruvato), por
descarboxilação oxidativa; a partir dos
lípidos que se decompõem em ácidos
gordos livres, por Beta-oxidação (não
será aprofundado este mecanismo visto
ter sido abordado anteriormente); a
partir das proteínas, por desaminação
oxidativa dos aminoácidos cetogénicos
79
✓ O ciclo do ácido cítrico ou de Krebs consiste numa
série de 8 reações metabólicas que constituem a via
final comum para a oxidação de moléculas alimentares
e inicia-se num metabolito comum a todas as vias, a
Acetil-CoA;
Introdução
✓E um processo aeróbio pois o único mecanismo que,
na mitocôndria, permite a regeneração de NAD+ e de
FAD, consome O2 (cadeia respiratória).
80
81
O Ciclo do Ácido Cítrico possui oito passos
Etapa 1: Formação do citrato É reciclada para formar 
outra molécula de acetil-
CoA na descarboxilação
de outra molécula de 
piruvato
Irreversível
ou ácido cítrico
82
Etapa 2: Formação do isocitrato via cis-aconitato
É um ácido 
tricarboxílico 
que não se 
dissocia do 
sítio ativo
desidratação hidratação
• Objetivo: troca da posição da hidroxila para um carbono adjacente
83
Etapa 3: Descarboxilação do isocitrato à -cetoglutarato e CO2
Descarboxila-
ção oxidativa
• A enzima promove a descarboxilação do isocitrato a cetoglutarato
• Libera-se energia para redução do NAD+ a NADH + H+
84
Etapa 4: Descarboxilação do -cetoglutarato a succinil-CoA e 
CO2
Descarboxilaçã
o oxidativa
Carreador do 
grupo succinil
• Nesta etapa ocorre a liberação da 2º molécula de CO2
• Liberação de energia para redução de NAD+ a NADH
• Adição de uma molécula de CoA-SH originando succinil-CoA. 85
Etapa 5: Conversão do succinil-CoA em succinato
Tem uma energia livre de hidrólise de 
sua ligação tioéster forte e negativa. 
A energia liberada no rompimento 
desta ligação é empregada para 
dirigir a síntese de ATP ou GTP 
(guanina).
86
✓O GTP é utilizado na formação de um ATP pela nucleosídio
difosfocínase (permite a transferencia do fosfato terminal do GTP)
✓Assim, esta reação é o único exemplo no ciclo do ácido cítrico
em que há formação de um fosfato de alta energia ao “nível do
substrato”
87
Etapa 6: Oxidação do succinato a fumarato
• Nos eucariotos, a succinato desidrogenase
está firmemente ligada à membrana
mitocondrial interna; nos procariotos ela é
ligada a membrana plasmática. É a única
enzima do ciclo do ácido cítrico ligada à
membrana.
• O malonato, um análogo do succinato, é um
potente inibidor competitivo da succinato
desidrogenase, logo é um bloqueador do
ciclo do ácido cítrico.
88
Etapa 7: Hidratação do fumarato para produzir malato
Esta enzima é altamente estereoespecífica;
ela catalisa a hidratação da dupla ligação
trans do fumarato, porém não é capaz
de agir no maleato (isômero cis do fumarato)
Na direção inversa, a fumarase é igualmente
estereoespecífica: o D-malato não é um
substrato.
89
A oxidação do malato a oxaloacetato
O equilíbrio desta reação está muito deslocado para a esquerda sob as
condições termodinâmicas padrão. Entretanto, nas células intactas, o
oxaloacetato é continuamente removido pela reação da citrato sintase
que é altamente exergônica. Isso conserva a concentração de
oxaloacetato na célula em valores extremamente pequenos (10-6M),
deslocando a reação na direção de formação de oxaloacetato.
90
Produtos de uma volta do ciclo do ácido cítrico
Cada volta do ciclo do 
ácido cítrico produz:
-3 NADH 
-1 FADH2, 
-1 GTP (ou um ATP)
-2 CO2
Os 2 átomos de C que aparecem 
com CO2 não são os mesmos 2C 
que entraram no ciclo na forma de 
grupo acetil; são necessárias 
várias voltas no ciclo para que 
isso aconteça.
91
Importância
• A função principal de ocorrer o ciclo do ácido cítrico é a
geração de energia, direta ou indiretamente, na forma
de ATP ou
• Produção de elétrons altamente energéticos e prótons.
Esses produtos passarão por outro processo
denominado Sistema Transportador de Elétrons que
será a etapa mais eficiente e altamente energética.
• É importante destacar outro aspecto desse ciclo: a
formação de metabólitos que são utilizados em outros
processos.
92
Estágio 2 
oxidação de 
acetil-CoA
Acetil-CoA
Transportadores de e-
reduzidos
Ciclo do 
ácido cítrico
Qual o destino destes 
transportadores de e-
?
93
• É o conjunto de substâncias presentes nas cristas da
membrana interna da mitocôndria, ondeocorrem reações
de óxido-redução, fornecendo a energia necessária para
a ressíntese do ATP, ocorrendo também a formação de
H2O.
• Composta por:
- Quatro complexos proteicos I a IV;
- duas moléculas conectoras móveis: coenzima Q
(ubiquinona) e o Citocromo C (Cyt c).
CADEIA RESPIRATÓRIA OU CADEIA 
DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS
Os átomos de hidrogênio retirados pelo NAD dos esqueletos
de carbono durante a GLICÓLISE e o ciclo de KREBS são
transportados por várias moléculas até o oxigênio, formando
H2O e ATP.
Transporta elétrons desde o NADH e o FADH2 até o O2 e
simultaneamente bombeia prótons H+ (nos complexos
protéicos I, III e IV) da matriz mitocondrial (lado negativo, N)
para o espaço intermembrana (lado positivo, P).
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
É o processo metabólico de síntese de ATP a partir da energia
liberada pelo transporte de elétrons na cadeia respiratória.
Este processo depende de dois fatores:
• da energia livre obtida do transporte de elétrons;
• de uma enzima transportadora denominada ATPsintase ou
ATPase.
• Fim das rotas metabólicas de produção de energia em 
organismos aeróbicos 
• Representa o estágio 3º do processo
– Acoplamento da oxidação de NADH e FADH2 e síntese de ATP
• É o principal sítio de produção de ATP 
• Envolve o consumo de O2 e formação de H20 
Teoria Quimiosmótica
- Fluxo de elétrons por carreadores 
criam um gradiente de concentração 
de prótons na membrana mitocondrial 
- A quebra deste gradiente está acoplada 
com a síntese de ATP 97
• LOCAL: MITOCÔNDRIA 
- Organela de eucariotos possui duas membranas: 
Membrana Mitocondrial externa - MME → Permeável a 
pequenas moléculas 
Membrana Mitocondrial interna - MMI → Impermeável a 
maioria das moléculas - Inclusive H + 
- Necessidade de transportadores de membrana 
✓ Espaço intermembranal
-Cristas membranais
98
A fosforilação oxidativa envolve a redução do O2 a
H2O com elétrons doados pelo NADH e FADH2.
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COMPOSIÇÃO DA MEMBRANA MITOCONDRIAL INTERNA:
COMPLEXOS ENZIMÁTICOS I, II, III, IV E V.
CADEIA 
TRANSPORTADORA 
DE ELÉTRONS
ACEITA OU DOA ELÉTRONS
OS ELÉTRONS COMBINA-SE COM OXIGÊNIO E PRÓTONS FORMANDO 
A ÁGUA (CADEIA RESPIRATÓRIA)
Cadeia Transportadora de Elétrons
• Os elétrons são passados de molécula para molécula
através de transportadores presentes nas cristas
mitocondriais chamados CITOCROMOS;
• Quando o elétron “pula” de um citocromo para outro, até
chegar no aceptor final (o oxigênio), ocorre liberação de
energia, que é convertida em ATP
O complexo I é
também chamado de
complexo do NADH
desidrogenase.
- Na reação catalisada pelo
complexo I, a ubiquinona
oxidada (UQ) aceita um íon
hidreto (2 e- e um H+) do NADH e
um próton da água na matriz.
UQ
102
- O complexo II é a enzima succinato desidrogenase.
- Os e- alcançam a ubiquinona via complexos I e II.
- A ubiquinona reduzida UQH2 funciona como um transportador
movél de elétrons e prótons.
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- O complexo III também é chamado de complexo dos
citocromos bc1.
- A UQH2 passa e
- ao complexo III, que os passa a uma outra
conexão móvel, o citocromo c.
104
- O complexo IV transfere elétrons do citocromo c reduzido
ao O2.
- Os citocromos são proteínas transportadoras de elétrons
que contêm ferro.
- O complexo IV é
também chamado de
citocromo oxidase.
105
-O fluxo de elétrons pelos complexos I, III e IV é
acompanhado do fluxo de prótons da matriz para o espaço
intermembranas.
- A energia de transferência dos elétrons é eficientemente
conservada em um gradiente de prótons.
106
COMO UM GRADIENTE DE 
CONCENTRAÇÃO DE 
PRÓTONS É 
TRANSFORMADO EM ATP? 
107
A membrana mitocondrial interna separa dois compartimentos
de diferentes [H+], resultando em diferenças na concentração
química (pH) e distribuição de cargas através da membrana.
O resultado é a força próton-motora.
108
Potencial 
químico 
pH
(interior 
alcalino)
Potencial 
elétrico 

(interior 
negativo)
Síntese de 
ATP 
dirigida 
pela força 
próton-
motora
Espaço 
intermembranas
Matriz
109
Seletividade da membrana interna da mitocôndria
Membrana externa: 
livremente permeável a 
pequenas moléculas e íons
Membrana interna: seletiva –
impermeável a íons e 
pequenas moléculas
Matriz mitocondrial: 
contém enzimas do 
ciclo do ácido cítrico, 
proteínas da cadeia 
respiratória, enzimas 
da oxidação de ácido 
graxos e 
aminoácidos
110
✓ A transferência de prótons através da membrana, produz
tanto um gradiente químico (pH) como um gradiente elétrico
().
✓ A membrana mitocondrial interna é impermeável aos prótons;
✓ Os prótons podem reentrar na matriz apenas através de
canais próton-específicos (Fo);
✓ A força próton-motora, que leva os prótons de volta para a
matriz, fornece energia para síntese de ATP, catalisada pelo
complexo F1, associado ao Fo.
111
A fosforilação oxidativa tem 3 aspectos importantes:
1. Envolve o fluxo de e- através de uma cadeia de
transportadores ligados à membrana;
2. A E livre está acoplada ao transporte dos prótons através
da membrana interna;
3. O fluxo dos prótons fornece a E livre para síntese de ATP,
catalisada pela ATP sintase, que acopla fluxo de prótons à
fosforilação do ADP.
112
ATP SINTASE
❖ têm dois domínios funcionais: Fo e F1
❖ é um grande complexo enzimático presente na membrana
mitocondrial interna.
❖ Catalisa a formação de ATP a partir do ADP e Pi
acompanhado pelo fluxo de prótons.
❖ Também chamado de complexo V.
113
A enzima ATP sintase ou ATPase está distribuída em duas 
frações funcionais: 
FRAÇÃO FO Atua como um canal de prótons
através da membrana mitocondrial
interna.
FRAÇÃO F1
Ligada à membrana mitocondrial
interna pela Fração FO, possui
atividade de síntese de ATP. Quando
dissociada da fração FO, possui apenas
capacidade de hidrolisar ATP.
Fo: é uma proteína integral de membrana;
F1: é uma proteína periférica de membrana.
A formação de ATP na
enzima necessita de
pouca energia;
O papel da força próton-
motora é empurrar ATP
do seu sítio de ligação
na sintase.
115
A estequiometria da redução das coenzimas e da formação de ATP na 
oxidação aeróbica de uma molécula de glicose por meio da via glicolítica 
seguida da reação da piruvato desidrogenase, do ciclo do ácido cítrico e 
da fosforilaçao oxidativa.
Cada NADH 
= 2,5 ATP
Cada FADH2
= 1,5 ATP
116
117
Estequiometria da síntese de ATP
NADH→ O2 = 10H
+/2e-  10H+/4H+ = 2,5 ATP 
Succinato (FADH2)→ O2 = 6H
+/2e-  6H+/4H+ = 1,5 ATP 
ADP + Pi + 3H+p → ATP + H2O + 3H
+
n
Adenina nucleotídeo e Pi translocase: 1H+
Produção de ATP na oxidação completa de glicose 
Processo Produto ATP final
Glicólise 2 NADH (citosólico) 5
2 ATP 2
Oxidação do piruvato (2 
por glicose)
2 NADH (mitocondrial) 5
Oxidação de acetil-CoA 
no ciclo de Krebs
6 NADH (mitocondrial) 15
(2 por glicose) 2 FADH2 3
2 ATP ou GTP 2
Produção total por glicose 32
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