ESTUDO DIRIGIDO MITOCONDRIAS

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DISCIPLINA: ICSF14 - Biologia Celular Animal
Roteiro de Estudo – Mitocôndria e Geração de energia
Com base na leitura do capítulo do livro-texto sobre Mitocôndria e Geração de Energia,
responda as seguintes questões:
1) Analise o papel e a importância do acoplamento quimiosmótico na química da vida 
Etapa 1 do acoplamento quimiosmótico. 
A origem evolutiva comum da máquina de conversão de energia em mitocôndrias, cloroplastos e procariotos (arqueias e bactérias) está refletida no mecanismo fundamental que elas compartilham para aproveitar energia.
A energia da luz solar ou a oxidação de compostos do alimento é capturada para gerar um gradiente eletroquímico de prótons através de uma membrana. O gradiente eletroquímico serve como um estoque versátil de energia e é utilizado para dirigir uma série de reações nas mitocôndrias, nos cloroplastos e nas bactérias. 
Uma ATP-sintase embebida na bicamada lipídica de uma membrana aproveita o gradiente eletroquímico de prótons através da membrana, usando-o com uma reserva de energia local para impulsionar a síntese de ATP.
2) Compare os mecanismos envolvidos na conversão de energia de mitocôndrias e cloroplastos, destacando as diferenças e similaridades entre eles. 
A mitocôndria converte a energia de combustíveis químicos. (B) O cloroplasto converte a energia da luz solar. Cada um dos complexos proteicos está embebido em uma membrana. Dentro da mitocôndria, gorduras e carboidratos das moléculas do alimento são usados no ciclo do ácido cítrico e fornecem elétrons para gerar o composto rico em energia NADH a partir de NAD+. Esses elétrons fluem a favor de um gradiente de energia à medida que passam de um complexo para o seguinte na cadeia transportadora de elétrons, até se combinarem com O2 molecular no último complexo para produzir água. A energia liberada em cada passo é aproveitada para bombear H+ através da membrana. No cloroplasto, por sua vez, os elétrons são extraídos da água por meio da ação da luz no complexo do fotossistema II e O2 molecular é liberado. Os elétrons passam para o complexo seguinte na cadeia, que usa parte da sua energia para bombear prótons através da membrana, antes de passar para o fotossistema I, onde a luz solar gera elétrons de alta energia que se combinam com NADP+ para produzir NADPH. O NADPH entra então no ciclo de fixação de carbono junto com o CO2 para gerar carboidratos. 
3) Discuta sobre os diferentes estágios do metabolismo celular, caracterizando-os.
Nas células eucarióticas, a maior parte do ATP que fornece energia para os processos vitais é produzida por organelas conversoras de energia, estruturas especializadas e delimitadas por membrana. Existem dois tipos distintos. As mitocôndrias, que ocorrem em quase todas as células de animais, plantas e fungos, “queimam” moléculas do alimento para produzir ATP pela fosforilação oxidativa. Os cloroplastos, que ocorrem somente em plantas e algas verdes, aproveitam a energia solar para produzir ATP pela fotossíntese. Em micrografias eletrônicas, as características mais marcantes de mitocôndrias e cloroplastos são seus vastos sistemas de membranas internas. Essas membranas internas contêm conjuntos de complexos de proteínas que atuam em grupo para produzir a maior parte do ATP celular.
4) Analise a estrutura das mitocôndrias ressaltando o papel das diferentes moléculas e
compartimentos no metabolismo energético.
A membrana externa circunda a membrana de limite interno. A membrana interna é altamente enovelada em cristas lamelares e tubulares, que se entrecruzam na matriz. A matriz densa, que contém a maioria das proteínas mitocondriais, aparece escura na microscopia eletrônica, enquanto o espaço intermembranas e o espaço da crista parece claro devido ao baixo conteúdo de proteínas. A membrana de limite interno acompanha a membrana externa a uma distância de cerca de 20 nm. A membrana interna curva-se bruscamente nas junções das cristas, onde as cristas se unem à membrana de limite interno. 
A membrana interna é compartimentalizada em membrana de limite interno e membrana da crista. Existem três espaços distintos: o espaço da membrana interna, o espaço da crista e a matriz. 
Nas mitocôndrias, o metabolismo de açúcares é completo: o piruvato é importado para dentro da mitocôndria e em última instância oxidado pelo O2 em CO2 e H2O, o que possibilita a produção de 15 vezes mais ATP do que o produzido apenas pela glicólise. 
5) Sintetize os principais passos da Glicólise e do Ciclo de Krebs, destacando os
compartimentos em que acontecem em procariotos e eucariotos.
6) Analise os diferentes caminhos do piruvato nas diversas condições do microambiente
celular.
O piruvato e os ácidos graxos entram na mitocôndria e são convertidos em acetil-CoA. 
que reduz NAD+ a NADH, que então transfere seus elétrons de alta energia ao primeiro complexo da cadeia transportadora de elétrons esses elétrons são transferidos ao longo da cadeia transportadora de elétrons nas cristas da membrana interna até o oxigênio (O2 gera um gradiente de prótons, que é utilizado para direcionar a produção de ATP.
7) Discuta o papel da cadeia transportadora de elétrons e seus respectivos componentes no
metabolismo energético das mitocôndrias, ressaltando a origem e o papel do gradiente de
prótons.
Os elétrons se movem através de complexos proteicos em sistemas biológicos por meio de íons metálicos firmemente ligados ou por meio de outros carreadores que capturam e liberam elétrons facilmente, ou ainda por intermédio de pequenas moléculas especiais que recolhem elétrons em um local e os entregam em outro. Para as mitocôndrias, o primeiro desses carreadores de elétrons é o NAD+, uma pequena molécula hidrossolúvel que captura dois elétrons e um H+ derivado das moléculas do alimento (gorduras e carboidratos) para se tornar NADH. O NADH transfere esses elétrons de locais onde as moléculas do alimento são degradadas para a membrana mitocondrial interna.
Lá, os elétrons do NADH rico em energia são transferidos de um complexo proteico de membrana para o seguinte, sendo transferido, em cada passo, para um composto com um nível energético mais baixo, até alcançar um complexo final no qual ele se combina com oxigênio molecular (O2) para produzir água. A energia liberada em cada passo à medida que os elétrons fluem por essa cadeia partindo do NADH rico em energia até a molécula de água de baixa energia impulsiona bombas de H+ na membrana mitocondrial interna por meio de três complexos proteicos de membrana diferentes. Em conjunto, esses complexos geram a força próton-motriz aproveitada pela ATP-sintase para produzir ATP que serve como moeda de energia universal na célula.
8) Avalie o balanço energético a partir do metabolismo de 1 molécula de glicose por células
eucarióticas, ressaltando a contribuição de NADs e FADs.
Durante a glicólise, são formadas duas moléculas de NADH para cada molécula de glicose. Nos organismos aeróbios, essas moléculas de NADH doam seus elétrons para a cadeia transportadora de elétrons, e o NAD+ formado a partir do NADH é usado novamente para a glicólise.
A glicólise sozinha pode produzir somente duas moléculas de ATP para cada molécula de glicose que é metabolizada, e esse é o total de energia obtido em processos fermentativos que ocorrem na ausência de O2 (discutidos no Capítulo 2). Na fosforilação oxidativa, cada par de elétrons doado pelo NADH produzido nas mitocôndrias pode fornecer energia para a formação de cerca de 2,5 moléculas de ATP. A fosforilação oxidativa também produz 1,5 molécula de ATP para cada par de elétrons provenientes do FADH2 produzido pela succinato desidrogenase na matriz mitocondrial, e das moléculas de NADH produzidas pela glicólise no citosol. Considerando os rendimentos de produtos da glicólise e do ciclo do ácido cítrico, podemos calcular que a oxidação completa de
uma molécula de glicose – iniciando na glicólise e terminando na fosforilação oxidativa – resulta em um rendimento líquido de 30 moléculas de ATP. Quase todo esse ATP é produzido pela ATP-sintasemitocondrial.