Aula 3 - Produção energética

Prévia do material em texto

Produção, transporte e armazenamento de energia
Prof.ª Dra. Thaís Leal Silva
Por que comemos? Por que respiramos?
O que você sabe sobre as mitocôndrias?
3
Origem da mitocôndria
Célula eucariótica primitiva fagocita uma bactéria.
Inicialmente vivem em simbiose = teoria da Endossimbiose, Lynn Margulis.
4
4
5
https://www.youtube.com/watch?v=clHZHtmr3DQ
5
Mitocôndria
FUNÇÃO  Respiração celular e produção de energia
Ocupam aproximadamente	15% a	25% do volume do citoplasma de uma célula
O seu número varia entre as células - sendo proporcional à atividade metabólica (500 a 10.000)
As mitocôndrias contêm seu próprio DNA e RNA
Ocupam a peça intermediária dos espermatozoides
6
energia utilizada pelas células eucariontes para realizar suas atividades provém da ruptura gradual de ligações cova.tn tes de moléculas de compostos orgânicos ricos em energia. • -a célula vegetal (Capítulo 13), esses compostos são sintetizados com a energia resultante da transformação de energia solar em energia química durante o processo de fotossíntese photon, luz, e sintesis, síntese). Na fotossíntese, graças principalmente ao pigmento clorofila, processa-se a acumulação da imergia solar sob a forma de ligações químicas nos hidratos .::.e carbono, principalmente hexoses, que se polimerizam para - rmar amido. As hexases originadas na fotossíntese são fonte energia e, também, de carbono em condições de ser utili:::? do para a síntese de diversas macromoléculas. As células, porém, não usam diretamente a energia liberada hidratos de carbono e gorduras, mas se utilizam de um 􁊄posto intermediário, a adenosina-trifosfato (ATP), geral-:e nte produzido graças à energia contida nas moléculas de ..,...-cose e de ácidos graxos. Nos animais, os ácidos graxos são, do ponto de vista quan..Ia tivo, uma fonte energética muito mais importante do que carboidratos. Enquanto uma molécula-grama (mol) de glie gera 38 mols (moléculas-grama) de ATP, uma de ácido '""3lmítico gera 126 mols de ATP. Um homem adulto tem enerdepositada em glicogênio suficiente apenas para um dia, 􁊅 gordura (ácidos graxos) suficiente para fornecer ener. durante 1 mês. Quando o organismo está em repouso, as ...dulas usam mais glicose, proveniente do glicogênio, porém, .....r..i:ante o exercício físico, há mobilização dos ácidos graxos 􁊆ositados nas gorduras. O ATP (Figura 4.1) tem duas ligações ricas em energia :epresentadas pelo sinal -); quando uma delas se rompe, libera .:proximadamente 10 quilocalorias por mol. Geralmente, ape::15 uma ligação é rompida, segundo a equação ATP "7 ADP + 􁊇 + energia (Pi significa fosfato inorgânico e ADP, adenosinatifosfato ). O citoplasma contém energia acumulada nos depósitos de ""JOléculas de triacilglicerídios (gorduras neutras), de molé 􁊈::tlas de glicogênio e, também, sob a forma de compostos ermediários (metabólitos) ricos em energia, dos quais o :ais importante é o ATP, principal combustível das células. Os "êacilglicerídios e o glicogênio representam acúmulo de ener-“ sob forma estável e concentrada, mas dificilmente acessíd, ao passo que o ATP é um composto instável, que não con:.em energia tão concentrada, mas facilmente utilizável porque - enzima que rompe a molécula de ATP (ATPase) é muito :.ãundante na célula. A decomposição da glicose em água e 􁊉 carbônico, que ocorre durante a respiração celular, rende 
Fórmula do trifosfato de adenosina, abreviadamente chamado ATP. O =bolo - indica as ligações químicas que são muito ricas em energia. 690 kcal/mol, enquanto a hidrólise das duas ligações ricas em energia do ATP rende somente 20 kcal/mol. Glicogênio e gorduras podem ser comparados a dinheiro no banco, e ATP a dinheiro no bolso. De fato, o dinheiro depositado no banco é estável (teoricamente, não sujeito a roubo ou perdas) e pode ser acumulado em grandes somas. Já o dinheiro no bolso (ATP) é instável, só pode ser guardado em quantidades limitadas, mas é facilmente acessível quando necessário. A queima da glicose libera uma quantidade certa de energia e consome oxigênio. O resultado dessa operação, que pode ser realizada em um aparelho chamado calorímetro, produz calor (690 kcal/mol), água e gás carbônico, segundo a equação:
C6H1206 + 602 - 6C02 + 6H20 + calor (energia)
Essa combustão da glicose é, porém, um processo abrupto, que leva o calorímetro rapidamente a altas temperaturas. Se isso ocorresse dentro de uma célula, ela se queimaria instantaneamente. Contudo, as células desenvolveram um sistema que oxida lentamente os nutrientes, liberando energia gradualmente, e produzindo água e C02. Esse processo, que consome 02 e produz C02, chama-se respiração celular. As células utilizam dois mecanismos para retirar energia dos nutrientes: a glicólise anaeróbia, que tem lugar no citosol, e a fosforilação oxidativa, que se realiza nas mitocôndrias. 
6
Mitocôndria - Características
Genoma e maquinaria para síntese de RNA e proteína próprios;
Genoma mitocondrial humano 16.569 pares de bases e 37 genes
Crescimento e fissão semelhante a bactérias
Pode haver fusão
Dupla membrana
7
7
Mitocôndrias: estrutura
Membrana Externa
Cristas
Espaço Intermembrânico
Membrana Interna
Matriz
Ribossomos
DNA
Partículas sintetizadoras de ATP
9
Mitocôndrias: estrutura
Membrana Externa: rica em colesterol
Membrana Interna: rica em cardiolipina (proteínas)
A cardiolipina dificulta a passagem de partículas com carga elétrica através da membrana interna
Com isso, ela evita a concentração excessiva de íons na matriz mitocondrial
Mitocôndrias: estrutura
Na matriz mitocondrial, podem ser observados DNA, RNAr, RNAt, RNAm, e ribossomos.
Mitocôndrias realizam a replicação da molécula do DNA, a transcrição de RNA e a produção de 13 tipos de proteínas
DNA mitocondrial em replicação
Mitocôndrias: funções
Remoção de cálcio do citoplasma
Quando a concentração do cálcio aumenta no citoplasma a níveis	considerados perigosos para a	célula,	entra	em	ação uma	enzima	localizada	na	membrana	interna	das mitocôndrias que retira o cálcio do citoplasma, bombeando para a matriz mitocondrial.
Síntese de aminoácidos
Mitocôndrias dos hepatócitos sintetizam vários aminoácidos, através do Ciclo da Ureia
Mitocôndrias: funções
Sobrevivência celular
Participa do processo de Morte Celular Programada da Célula (Apoptose), através da liberação de caspases.
Liberação de calor
Nos tecidos adiposos, a proteína termogenina desacopla o sistema de transporte de elétrons em recém-nascidos e animais durante a hibernação, e liberada energia em forma de calor para ser usada no aquecimento.
Principal função da mitocôndria é liberar energia na forma de ATP
Atuar no processo de respiração celular
 Oxida lentamente os nutrientes, liberando energia gradualmente, e produzindo água e CO2. Esse processo, que consome O2 e produz CO2, chama-se respiração celular. 
as células desenvolveram um sistema que oxida lentamente os nutrientes, liberando energia gradualmente, e produzindo água e C02. Esse processo, que consome 02 e produz C02, chama-se respiração celular. 
15
Onde a energia fica armazenada?
Ligação de alta energia
Adenosina Monofosfato (AMP) / Difosfato (ADP) / Trifosfato (ATP)
Nas	ligações químicas	entre	os	fosfatos da molécula de ADENOSINA TRIFOSFATO (ATP)
Adenina
Fosfato
o
ATP = ADP + P(i) + energia da glicose
16
Quanto de energia minha célula tem que produzir?
A quantidade é variada  tipo celular e estado funcional da célula
17
1ª ETAPA
Anaeróbia*
2ª ETAPA
3ª ETAPA
Aeróbia*
Ciclo de Krebs Fosforilação oxidativa
Respiração celular
Ocorre no citoplasma = gera 2 ATP
Ocorre nas mitocôndrias = gera 36 ATPs
Ocorre por meio de três etapas:
Glicólise
Glicose
C6H12O6
2 Ácidos pirúvicos (Piruvato)
2 NAD+
2 ADP + 2 Pi
2 ATP
2 NADH2
O NAD retira H da glicose
Parte da energia que é liberada é utilizada para formação de ATP.
1ª Etapa: GLICÓLISE
ANAERÓBICA
C3H4O3
C3H4O3
NAD = Nicotinamida adenina dinucleotídeo é uma coenzima
A glicólise anaeróbiaproduz apenas
2 mols de ATP por cada mol de glicose
A glicólise anaeróbia é o processo pelo qual uma sequência
de aproximadamente 1 1 enzimas do citosol promove transformações
graduais em uma molécula de glicose, sem consumo
de oxigênio, produzindo duas moléculas de piruvato e liberando
energia que é armazenada em duas moléculas de ATP.
O ATP se forma a partir do ADP e do fosfato inorgânico (Pi)
existentes no citosol, segundo a equação:
2 ADP + 2 Pi + energia da glicose - 2 ATP
Nesse processo, a célula armazena 20 kcal para cada mol de
glicose degradada. Essa degradação da glicose não necessita
de oxigênio, razão pela qual é chamada de glicólise anaeróbia
ou fermentação. No fungo levedo de cerveja, em condições
anaeróbias, a glicólise prossegue, transformando-se o piruvato
em etanol após uma série de reações enzimáticas. A fermentação
fornece ao levedo de cerveja a energia necessária para
sua manutenção e reprodução, sendo chamada fermentação
alcoólica, porque o produto final é o álcool etílico.
A glicólise é um processo pouco eficiente, pois, das 690 kcal/
mol presentes na glicose, apenas 20 kcal são aproveitadas e as
células desenvolveram, ao longo da evolução, mecanismos
mais eficazes para extração da energia dos nutrientes.
19
1ª etapa: Glicólise
Glicose
2 Acetil-CoA
 As células musculares podem seguir a via do Acetil-CoA ou do Lactato, sendo que nesta última não há um grande saldo de ATP. Por isso, é uma via utilizada em situações de emergência, como exercícios físicos sem preparação.
A via aeróbica do Ciclo de Krebs (que também pode ser chamado de Ciclo do Ácido Cítrico ou ainda Ciclo do Ácido Tricarboxílico- Ciclo TCA, pois algumas moléculas do ciclo possuem 3 carboxilas) é a mais complexa. Isso porque, para que o ciclo se inicie, o Piruvato deve ser convertido a Acetil-CoA, uma molécula de alta energia, com 2 carbonos. 
20
Para entrar na mitocôndria, local onde ocorre o próximo passo da respiração, o piruvato é descarboxilado e associa-se à Co-enzima A
O NAD retira H do Piruvato
Para que o ciclo se inicie, ocorre uma reação irreversível de descarboxilação oxidativa, na qual o grupo carboxila é removido do Piruvato na forma de uma molécula de CO2 e há a oxidação do grupo hidroxila a um grupo acetil, unindo-se à a coenzima A.
Com outras palavras, o Piruvato é uma molécula que contém 3 carbonos em sua estrutura, e ao entrar na mitocôndria, 1 carbono é retirado, saindo na forma de CO2 . Resta o grupo acetil, que é fixada no –SH de uma substância conhecida como CoA (Coenzima A) formando a Acetil-CoA, por uma reação de oxidação.
Graças à fosforilação oxidativa, cada mol
de glicose produz mais 36 mols de ATP
Após o surgimento do oxigênio na atmosfera, desenvolveu-
se uma nova via metabólica de maior rendimento energético
do que a glicólise, a fosforilação oxidativa. De cada mol de glicose, além dos 2 mols de ATP obtidos pela via anaeróbia, a
fosforilação oxidativa produz mais 36 mols de ATP.
Na fosforilação oxidativa, o piruvato é oxidado até se formarem
água e gás carbônico, com alto rendimento energético.
Costuma-se distinguir, na oxidação fosforilativa, três mecanismos
distintos, mas que se entrelaçam intimamente: a produção
de acetilcoenzima A (acetil-CoA), o ciclo do ácido cítrico
e o sistema transportador de elétrons.
Enquanto a glicólise é anaeróbia e tem lugar no citosol, a
fosforilação oxidativa é aeróbia e se processa nas mitocôndrias
(Figura 4.2).
21
2ª Etapa: Ciclo de Krebs
Continuação da quebra da molécula glicose
ÁCIDO PIRÚVICO + ACETI-CoA
ÁCIDO CÍTRICO
ÁCIDO CETOGLUTÁRICO
ÁCIDO SUCCÍNICO
ÁCIDO MÁLICO
ÁCIDO OXALACÉTICO
NADH2
FADH2
NADH2
NAD
CO2
CO2
CO2
CO2
1-ATP
PRODUTOS FORMADOS NO CICLO DE KREBS POR CADA ÁCIDO PIRÚVICO
3 NADH2
1 FADH2
1 ATP
COMO SÃO 2 MOLÉCULAS DE ÁCIDO PIRÚVICO, O RESULTADO FINAL É:
- 6 NADH
2
- 2 FADH2
- 2 ATP
M I T O Ô N D R I A
L
M A T R I Z
NADH2
NAD
NAD
NADH2
Acetil-CoA
NAD
FAD
(2) C3H4O3
Ocorre na matriz mitocondrial.
22
3ª etapa: Fosforilação oxidativa
Formada por enzimas e compostos não-enzimáticos dispostos em sequência, cuja função é transferir elétrons provenientes do NADH2 e do FADH2, até a molécula de oxigênio, para formação de água e por fim, aumentar H+ no espaço intermitocondrial para ativar a ATP-sintase e gerar ATP.
ATP-sintase
Ocorre nas cristas mitocondriais.
Cadeia Transportadora de Elétrons
Ubiquinona: também chamada de Coenzima Q10, é componente da cadeia transportadora de elétrons, é livremente móvel na bicamada lipídica, transfere um H+ por par de elétrons que transportar;
Citocromo: é uma proteína solúvel associada a membrana mitocondrial interna essencial na cadeia transportadora de elétrons. Transfere um H+ para cada elétron que transportar;
Rendimento energético
Citoplasma
Resumo da respiração aeróbia
Bons estudos !!!!
27
image1.jpeg
image2.jpeg
image3.emf
image4.emf
image5.emf
image6.emf
image7.png
image8.jpeg
image9.emf
image10.emf
media1.mp4
image11.png
image12.emf
image13.png
image14.png
image15.jpg
image16.jpg
image17.jpg
image18.png
image19.png
image20.png
image21.png
image22.jpg
image23.png
image24.png
image25.png
image26.png
image27.png
image28.jpg
image29.png
image30.png
image31.jpg
image32.jpeg
image33.jpg
image34.jpeg
image35.png
image36.jpeg