Aula_04

Prévia do material em texto

FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
Conteúdo Programático desta aula
Etapas da respiração celular: glicólise, ciclo de Krebs, cadeia respiratória e fosforilação oxidativa;
Respiração celular: aeróbia X anaeróbia (fermentação).
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
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 
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
ETAPAS DA RESPIRAÇÃO CELULAR
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
GLICÓLISE
É o processo rápido de degradação de uma molécula de glicose em duas moléculas de ácido pirúvico ou piruvato.
Ocorre no hialoplasma(citossol) e consiste em 10 reações enzimáticas.
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
FUNÇÕES DA GLICÓLISE
• Preparar a glicose para ser degradada em CO2 e H2O;
• Sintetizar ATP com ou sem oxigênio;
• Utilização de intermediários em processos biossintéticos.
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
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+.
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
CICLO DE KREBS
Também chamado de ciclo do ácido cítrico, é um conjunto de oito reações que ocorrem na matriz mitocondrial.
O ácido pirúvico, formado no hialoplasma, penetra na mitocôndria, perde CO2 e sob a ação das descarboxilases (enzimas), converte-se em Acetil CoA, que combina-se com o ácido oxalacético (oxaloacetato), formando ácido cítrico e iniciando o ciclo.
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
Este processo visa a produção de substratos que serão desidrogenados e descarboxilados, através da degradação de grupos acetil.
SUBSTRATOS
DESCARBOXILAÇÃO
DESIDROGENAÇÃO
CO2 PRINCIPAL METABÓLITO DO CICLO DE KREBS
ATIVAÇÃO DA CADEIA RESPIRATÓRIA
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
É o conjunto de substâncias presentes nas cristas da membrana interna da mitocôndria, onde ocorrem 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
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
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).
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
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.
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
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.
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
Após a ingestão dos alimentos, em um período posterior, (estado alimentado), devido ao afluxo abundante de nutrientes, há o predomínio dos  processos anabólicos sobre os catabólicos. 
No organismo, havendo um ambiente hormonal em que há predomínio das ações da insulina sobre as do glucagon, o afluxo de glicose determina a captação de glicose e sua fosforilação. A glicose-6-fosfato serve como substrato para a síntese de glicogênio ou sofre glicólise, cujo produto final, o piruvato, dá origem ao acetil-CoA, que entra no ciclo de Krebs para a produção de ATP. Em condições de anaerobiose, o piruvato produz lactato. 
METABOLISMO INTERMEDIÁRIO
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
INSULINA PROMOÇÃO DO ANABOLISMO
Glicogênese Muscular e Hepática;
Diminuição da glicogenólise;
Síntese de ácidos graxos e Lipogênese;
Diminuição da cetogênese e da lipólise;
captação muscular de aminoácidos e síntese proteica;
 Diminuição do catabolismo protéico;
 Diminuição gliconeogênese.
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
FERMENTAÇÃO OU RESPIRAÇÃO ANAERÓBIA 
A fermentação ou respiração anaeróbia e a respiração aeróbia são duas vias possíveis de degradação dos compostos orgânicos – vias catabólicas – que permitem às células retirar energia química desses compostos.
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
MICRORGANISMOS ANAERÓBIOS OBRIGATÓRIOS 
X 
ANAERÓBIOS FACULTATIVOS
X
AERÓBICOS (ESTRITOS OU OBRIGATÓRIOS)
Vários microrganismos, que vivem em meios onde o oxigênio está quase ou completamente ausente, obtêm energia por processos anaeróbios, sendo a fermentação uma via catabólica que ocorre nestas condições. 
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
A fermentação ocorre no hialoplasma das células e compreende duas etapas:
GLICÓLISE= conjunto de reações que degradam uma molécula de glicose em duas moléculas de ácido pirúvico ou piruvato.
REDUÇÃO DO ÁCIDO PIRÚVICO OU PIRUVATO= ganho de elétrons dos átomos de hidrogênio formando o ácido láctico ou lactato.
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
A molécula de glicose é quimicamente inerte. Assim, para que a sua degradação se inicie, é necessário que esta seja ativada através da energia fornecida pelo ATP.
Segue-se um conjunto de 10 reações enzimáticas que levam à degradação da glicose até ácido pirúvico, com formação de ATP e NADH.
GLICÓLISE: ETAPA COMUM À FERMENTAÇÃO E À RESPIRAÇÃO AERÓBIA
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
FASE DE ATIVAÇÃO DA GLICOSE
A glicose é fosforilada por 2 ATP, formando-se frutose-difosfato;
A frutose-difosfatose desdobra em duas moléculas de aldeído fosfoglicérico (PGAL) ou gliceroaldeído.
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
FASE DE RENDIMENTO
O PGAL é oxidado, perdendo 2 hidrogênios (2e- + 2H+), os quais são utilizados para reduzir a molécula de NAD+, formando-se NADH + H+;
Formam-se 4 moléculas de ATP;
Após estas reações, forma-se ácido pirúvico (ou piruvato).
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
2 moléculas de NADH;
2 moléculas de ácido pirúvico;
2 moléculas de ATP (formam-se 4, mas 2 são gastas na ativação da glicose).
No final da glicólise, restam:
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
A redução do ácido pirúvico (piruvato), em condições de anaerobiose, faz-se pela ação do NADH, formado durante a glicólise, e pode conduzir à formação de diferentes produtos. Assim, existem vários tipos de fermentação, cujas designações indicam o produto final: fermentação alcoólica (álcool etílico), fermentação láctica (ácido láctico), fermentação acética (ácido acético) e fermentação butírica (ácido butírico).
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA x FERMENTAÇÃO LÁCTICA 
Produtos finais: diferem em função das reações que ocorrem a partir do ácido pirúvico.
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA
DESCARBOXILAÇÃO OXIDATIVA DO ÁCIDO PIRÚVICO 
 CO2
 ALDEÍDO ACÉTICO OU ACETOALDEÍDO
REDUÇÃO 
 
 ETANOL (ÁLCOOL ETÍLICO) 
 Redução: ganho de átomos de hidrogênios que foram transferidos do NADH, formado durante a glicólise, o qual fica então na sua forma oxidada, o NAD+, podendo ser de novo reduzido.
 
 
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
 
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
O rendimento energético da fermentação alcoólica é de 2 ATP formados durante a glicólise. 
Grande parte da energia da glicose permanece no etanol, um composto orgânico altamente energético (1g fornece em torno de 7 Kcal).
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
CONTRIBUIÇÃO NA INDÚSTRIA ALIMENTÍCIA
A levedura da espécie Saccharomyces cerevisiae é utilizada na produção de vinho, de cerveja e de pão. Esta levedura fermenta o carboidrato da massa produzindo gás carbônico (CO2) e etanol (álcool). 
Fabricação do vinho e da cerveja: o álcool resultante da fermentação. 
Fabricação do pão: dióxido de carbono. As bolhas deste gás contribuem para o crescimento da massa, tornando o pão leve e macio.
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
FERMENTAÇÃO LÁCTICA 
REDUÇÃO DO ÁCIDO PIRÚVICO 
ÁCIDO LÁCTICO
O rendimento energético na fermentação láctica é de 2 ATP sintetizados durante a glicólise. 
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
CONTRIBUIÇÃO NA INDÚSTRIA ALIMENTÍCIA
Fabricação de iogurte: produto obtido pela fermentação láctica através da ação das bactérias do gênero Lactobacillus e da espécie Streptococcus thermophilus sobre a lactose do leite integral ou desnatado.
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
EXERCÍCIO FÍSICO DE ALTA INTENSIDADE E CURTA DURAÇÃO
As células musculares humanas, por não receberem oxigênio em quantidade suficiente, podem realizar a fermentação láctica, além da respiração aeróbia. Desta forma, conseguem sintetizar uma quantidade suplementar de moléculas de ATP.
Acúmulo de ácido láctico nos músculos dores musculares, cãibras, fadiga muscular!
 Perigo: toxicidade!
IMPORTÂNCIA DO CICLO DE CORI (GLICONEOGÊNESE HEPÁTICA)
 
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
O ATP é produzido no hialoplasma de todas as células durante o processo glicolítico, comum à fermentação e à respiração aeróbia. 
É também produzido ao nível mitocondrial, via aeróbia, em reações do ciclo de Krebs, na matriz, e ainda devido ao transporte de elétrons ao nível das cadeias respiratórias, situadas na membrana interna.
Os produtos finais da respiração, CO2 e H2O, são moléculas simples com pouca energia potencial, ao contrário do etanol, produto final da fermentação alcoólica, que é um composto de elevada energia.
RENDIMENTO ENERGÉTICO DA FERMENTAÇÃO E DA RESPIRAÇÃO
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
Durante a fermentação sintetizam-se quatro moléculas de ATP na fase glicolítica, mas, como são utilizadas duas moléculas de ATP na ativação da glicose, o rendimento é de duas moléculas de ATP.
Na respiração aeróbia, para além das duas moléculas de ATP, como rendimento da glicólise, sintetizam-se mais 34 ou 36 moléculas, devido aos processos que ocorrem após a formação do ácido pirúvico. Saldo Total: 36 ou 38 ATP
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
NADH FORMADO NA GLICÓLISE 
O NADH, originado fora da mitocôndria, é incapaz de atravessar a membrana mitocondrial, transferindo os seus elétrons através da membrana. O processo de transferência dos elétrons pode variar, o que vai afetar a quantidade de moléculas de ATP que se formam na cadeia transportadora. 
Se  formarem apenas dois ATP, o saldo final, visto que são duas moléculas de NADH, será de 36 ATP.
Tema da Apresentação
AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR
FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 
Resumindo
Etapas da respiração celular: glicólise, ciclo de krebs, cadeia respiratória e fosforilação oxidativa;
Respiração celular: aeróbia x anaeróbia (fermentação);
Fermentação alcóolica;
Fermentação láctica.
Tema da Apresentação