Unidade 4 1- Bioenergética respiração celular (ciclo do ácido cítrico, cadeia transportadora de elétrons e fosforilação

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Unidade 4.1 - Bioenergética: respiração celular (ciclo do ácido cítrico, cadeia transportadora de elétrons e fosforilação oxidativa)
1. A respiração celular envolve três etapas: catabolismo de biomoléculas, ciclo do ácido cítrico e fosforilação oxidativa. Sobre a respiração celular, assinale a alternativa correta:​​​​​​​
Resposta correta:
A. As biomoléculas são degradadas até um intermediário comum, o acetil-CoA, substrato para o ciclo do ácido cítrico.
As biomoléculas energéticas devem ser degradadas e convertidas em acetil-CoA, que é o substrato para o ciclo do ácido cítrico. A primeira reação do ciclo do ácido cítrico consiste na formação de citrato por meio da reação entre o grupo acetila do acetil-CoA e o oxaloacetato. O acetil-CoA é totalmente oxidado durante o ciclo, gerando CO2. O oxaloacetato, por sua vez, é regenerado ao longo da via, sendo produto da sua última reação. Por meio do ciclo do ácido cítrico, as coenzimas NADH e FADH2 são formadas. Essas coenzimas são utilizadas na cadeia transportadora de elétrons, que transferem seus elétrons para o oxigênio molecular. O oxigênio molecular está presente no complexo IV da cadeia transportadora e atua como aceptor final de elétrons. Ao mesmo tempo que realizam a transferência de elétrons, os complexos enzimáticos da cadeia transportadora criam gradiente de prótons entre os compartimentos mitocondriais, que é utilizado pela enzima ATP-sintase para a fosforilação do ADP.
B. O ciclo do ácido cítrico conduz a degradação do oxaloacetato até CO2​​​​​​​.
C. A cadeia transportadora de elétrons conduz os prótons extraídos das coenzimas NADH e FADH2 até o oxigênio molecular.
As biomoléculas energéticas devem ser degradadas e convertidas em acetil-CoA, que é o 
D. O ciclo do ácido cítrico e a fosforilação oxidativa são processos que ocorrem na matriz das mitocôndrias.
E. O oxigênio molecular é necessário para a respiração celular, pois atua como cofator da enzima ATP-sintase, responsável pela fosforilação oxidativa.
2. O ciclo do ácido cítrico é uma via muito importante para o nosso organismo, pois compõe a respiração celular. Sobre essa via metabólica, é correto afirmar:​​​​​​​
A. O ciclo do ácido cítrico ocasiona a oxidação total do acetil-CoA e utiliza a energia liberada nessas reações para a produção direta de grande quantidade de ATP.
B. O ciclo do ácido cítrico realiza a degradação total do acetil-CoA em duas moléculas de CO2, sendo considerado uma via estritamente catabólica.
Resposta correta:
C. Um dos principais objetivos do ciclo do ácido cítrico é a redução de coenzimas NAD+ e FAD+, para que possam ser utilizadas na cadeia transportadora de elétrons.
O ciclo do ácido cítrico tem como substratos o acetil-CoA e o oxaloacetato. O acetil-CoA é formado por meio do catabolismo de biomoléculas e, no ciclo do ácido cítrico, é totalmente oxidado a CO2. A formação direta de moléculas de ATP pelo ciclo do ácido cítrico é baixa, sendo que apenas uma molécula de GTP (que rapidamente é convertido em ATP) é formada a cada volta do ciclo. A energia extraída do acetil-CoA é armazenada principalmente na forma das coenzimas reduzidas NADH e FADH2. Essas coenzimas são então utilizadas pela cadeia transportadora de elétrons, que leva à produção de maior quantidade de moléculas de ATP pela fosforilação oxidativa. Ao final do ciclo do ácido cítrico, o oxaloacetato é regenerado, sendo o produto final da via. Portanto, o ciclo do ácido cítrico tem início e termina com uma molécula de oxaloacetato e, em função disso, é classificado como via cíclica. O ciclo do ácido cítrico, além de realizar a oxidação do acetil-CoA, fornece substratos para diferentes vias metabólicas. Assim, ele pode atuar no catabolismo e no anabolismo, sendo caracterizado como via anfibólica. A atividade do ciclo do ácido cítrico é aumentada quando há maior demanda de energia pela célula. O ADP é regulador positivo do ciclo do ácido cítrico. Assim, quando a relação [ATP]/[ADP].[Pi] diminui, a velocidade dessa via aumenta.
D. O ciclo do ácido cítrico é composto por oito reações químicas e é considerado uma via cíclica, pois seu intermediário citrato é regenerado ao longo das reações.
E. A atividade do ciclo do ácido cítrico é aumentada quando a relação [ATP]/[ADP][Pi] encontra-se aumentada.
3. A cadeia transportadora de elétrons é extremamente importante para o metabolismo aeróbico, pois provê energia para que a fosforilação oxidativa ocorra. Sobre a cadeia transportadora de elétrons, podemos afirmar:​​​​​​​
A. O fluxo de elétrons pela cadeia transportadora gera gradiente eletroquímico entre os compartimentos mitocondriais, fazendo com que a matriz mitocondrial fique mais positiva e o espaço intermembrana, mais negativo.
B. A cadeia transportadora de elétrons é formada por quatro complexos enzimáticos localizados na matriz mitocondrial, que têm por finalidade extrair os elétrons das coenzimas NADH e FADH2.
C. O fluxo de elétrons na cadeia transportadora ocorre em direção aos complexos enzimáticos com menor potencial de redução.
D. A cadeia transportadora de elétrons tem como função transferir os elétrons gerados no ciclo do ácido cítrico até o oxigênio molecular, na enzima ATP-sintase, possibilitando a fosforilação oxidativa.
Resposta Correta:
E. A cadeia transportadora de elétrons mantém a energia extraída das coenzimas NADH e FADH2 na forma do gradiente de prótons existente entre a matriz mitocondrial e o espaço intermembrana.
A cadeia transportadora de elétrons é formada por quatro complexos enzimáticos localizados na membrana interna das mitocôndrias. A sua função é carregar os elétrons gerados no ciclo do ácido cítrico, por meio da formação das coenzimas NADH e FADH2, até o oxigênio molecular. Os elétrons fluem na cadeia transportadora sempre em direção aos carregadores com maior afinidade por eles, isto é, com maior potencial de redução. O oxigênio molecular atua como aceptor final de elétrons e está localizado no complexo IV da cadeia transportadora. Ao mesmo tempo que os complexos enzimáticos carregam os elétrons das coenzimas até o oxigênio, eles bombeiam prótons da matriz mitocondrial para o espaço intermembrana. Assim, um gradiente de prótons é formado entre esses dois compartimentos mitocondriais. Enquanto o espaço intermembrana vai se tornando rico em prótons e, assim, mais ácido e positivo, a matriz mitocondrial apresenta menor concentração de prótons e, por isso, torna-se mais básica e negativa. Esse gradiente eletroquímico gerado pela cadeia transportadora de elétrons é utilizado pela enzima ATP-sintase para a fosforilação oxidativa.
4. A cadeia transportadora de elétrons, organizada em quatro complexos enzimáticos, é crucial para a síntese de ATP, por meio da fosforilação oxidativa. Sobre a organização da cadeia de transportes, está correta a alternativa:​​​​​​
A. Com exceção do complexo II, que também faz parte do ciclo do ácido cítrico, todos os carregadores da cadeia de transporte de elétrons estão inseridos na membrana mitocondrial interna.
B. O complexo I atua transferindo elétrons do FADH2 para a coenzima ubiquinona, também chamada coenzima Q.
Resposta Correta:
C. O complexo III atua na transferência de elétrons da coenzima Q para o citocromo c. Ao mesmo tempo, ele bombeia 4 H+ para o espaço intermembrana a cada par de elétrons transferido.
Os complexos enzimáticos I, II, III e IV compõem a cadeia transportadora de elétrons. Todos eles estão integrados à membrana interna das mitocôndrias. O complexo I realiza a transferência de elétrons da coenzima NADH para a coenzima Q. O complexo II também participa do ciclo do ácido cítrico, sendo a única enzima dessa via que se encontra na membrana interna e não na matriz das mitocôndrias. O complexo II transfere os elétrons do FADH2 para a coenzima Q. A coenzima Q difunde-se pela membrana interna mitocondrial, transferindo os elétrons dos complexos I e II para o complexo III. O complexo III então transfere esses elétrons para o citocromo c, que carrega os elétrons até o último complexo da cadeia transportadora de elétrons,o complexo IV. No complexo IV, os elétrons são transferidos para o oxigênio molecular, que então é reduzido a H2O. Ao mesmo tempo que os complexos enzimáticos realizam a transferência de elétrons, eles bombeiam prótons da matriz para o espaço intermembrana das mitocôndrias. A cada par de elétrons transferido, o complexo I bombeia 4 H+, o complexo III bombeia 4 H+ e o complexo IV, 2 H+. Esses prótons retornam à matriz mitocondrial por meio do domínio Fo da ATP-sintase.
D. O complexo IV é o último complexo da cadeia transportadora de elétrons e atua como canal para a passagem de prótons de volta à matriz mitocondrial.
E. A coenzima Q tem estrutura pequena e hidrofóbica, que permite que ela se difunda pela membrana mitocondrial interna. Ela carrega os elétrons do complexo III para o complexo IV.
5. A ATP-sintase é a enzima responsável pela etapa final da respiração celular, a fosforilação oxidativa. Sobre essa enzima, é correto afirmar:​​​​​​​
A. Ela apresenta dois domínios funcionais, F1 e Fo. O domínio F1 atua como poro para a passagem de prótons, enquanto o domínio Fo apresenta atividade catalítica.
B. A sua atividade é induzida quando a relação [ATP]/[ADP].[Pi] está aumentada.
C. As proteínas desacopladoras, como por exemplo a termogenina, causam o desacoplamento da cadeia transportadora de elétrons e da fosforilação oxidativa, fornecendo via alternativa para a produção de ATP.
Resposta Correta:
D. A ATP-sintase converte a energia disponível na força próton-motriz em fosforilação do ADP.
A ATP-sintase apresenta várias subunidades, organizadas em dois domínios funcionais. O domínio Fo atua como poro para os prótons na membrana mitocondrial interna. Enquanto isso, o domínio F1 apresenta atividade catalítica, realizando a fosforilação do ADP em ATP. A ATP-sintase utiliza a energia armazenada na forma de gradiente de prótons (formado pela cadeia transportadora de elétrons) para a produção do ATP. Assim, a cadeia transportadora de elétrons e a fosforilação oxidativa são processos acoplados. As proteínas desacopladoras agem como canais alternativos para o fluxo de prótons na membrana mitocondrial interna. Quando elas estão ativadas, o gradiente de prótons é dissipado, gerando calor. Sem esse gradiente, a ATP-sintase não consegue desempenhar a sua atividade catalítica. A fosforilação oxidativa aumenta quando as células apresentam maior demanda energética. Assim, quando a concentração de ATP diminui e a disponibilidade de ADP aumenta, a ATP-sintase tem sua atividade aumentada.
E. A redução da concentração de ADP ocasiona o aumento da atividade do domínio F1 da enzima.