METABOLISMO CELULAR

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METABOLISMO CELULAR
CURSO: ENGENHARIA FLORESTAL
UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS
INSTITUTO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS
DEPARTAMENTO DE BIOQUÍMICA E BIOLOGIA MOLECULAR
OBJETIVOS:
1- Entender os processos metabólicos celulares e seus mecanismos de regulação 
2- Compreender os mecanismos de integração metabólica
3- Introduzir conhecimentos básicos sobre a linguagem metabólica
4- Entender o fluxo de energia metabólica entre os seres vivos. 
5- Fornecer ao estudante o conhecimento necessário para melhor compreender os mecanismos bioquímicos que serão exigidos em outras disciplinas do curso como a Fisiologia Vegetal, Patologia Florestal e Ecologia Florestal.
EMENTA:
1- Bioenergética, leis da Termodinâmica. Reações biológicas de oxidação-redução. A 	molécula de ATP e moléculas transportadoras de elétrons.
 2- Metabolismo dos carboidratos. Glicólise, gliconeogênese e via das pentoses fosfato. 	Ciclo do ácido cítrico.
 3- Fotossíntese e fotofosforilação.
 4- Metabolismo dos lipídeos. b-oxidação dos ácidos graxos e biossíntese de triglicerídeos 	e esteróis.
 5- Metabolismo de aminoácidos e proteínas. Fixação de nitrogênio. Catabolismo e 	anabolismo dos compostos nitrogenados.
 6- Regulação e integração do metabolismo, sinalização celular.
BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA:
1- Bioquímica. J. M. Berg, J. L. Tymoczko & L. Stryer, Guanabara Koogan, 2006.
 
2- Princípios de Bioquímica. Lehninger, A. L., Nelson, D. L. & Cox, M. M. 4a ed., 2006
 
3- Bioquímica Ilustrada. Champe, P.C.; Harvey, R.A.; Ferrier, D.R., 4ª Ed. Artmed (2009)
 
4- Bioquímica Básica. Marzzoco, A.; Torres, B.B., 3ª Ed. Guanabara/Koogan (2007)
 
5- Signal Transduction. In: Texts in Molecular and Cell Biology. Edited by Carl – Henrik Heldin and Mary Purton. Chapman & Hall, 1996.
 
6- Textos de periódicos recentes.
METABOLISMO CELULAR
CAPÍTULO 1
INTRODUÇÃO AO METABOLISMO
PRINCÍPIOS DE BIOENERGÉTICA
METABOLISMO	ATIVIDADE CELULAR ALTAMENTE COORDENADA, ONDE MUITOS SISTEMAS MULTIENZIMÁTICOS COOPERAM PARA:
OBTER ENERGIA (SOLAR OU QUÍMICA)
CONVERTER AS MOLÉCULAS DE NUTRIENTES EM MOLÉCULAS COM CARACTERÍSTICAS 	PRÓPRIAS DE CADA CÉLULA
POLIMERIZAR PRECURSORES MONOMÉRICOS EM MACROMOLÉCULAS
SINTETIZAR E DEGRADAR BIOMOLÉCULAS NECESSÁRIAS PARA AS FUNÇÕES CELULARES 	ESPECIALIZADAS
AUTOTRÓFICOS FOTOSSINTETIZANTES
HETEROTRÓFICOS
COMPOSTOS ORGÂNICOS
O2
CO2
Macromoléculas celulares Proteínas Polissacarídeos Lipídeos Ácidos nucléicos
Nutrientes energéticos Carboidratos Gorduras Proteínas
 
Produtos finais sem energia CO2 H2O NH3
Moléculas precursoras Aminoácidos Monossacarídeos Ácidos graxos Bases nitrogenadas
C A T A B O L I S M O
A N A B O L I S MO
ADP HPO42- NAD+ NADP+ FAD
ATP NADH NADPH FADH2 
Energia química
CATABOLISMO X ANABOLISMO
EXISTEM ROTAS RECÍPROCAS, COM TRECHOS IGUAIS, MESMAS ENZIMAS, MAS NUNCA 	COMPLETAMENTE IDÉNTICAS
PELO MENOS UMA DAS ETAPAS É CATALISADA POR ENZIMAS DIFERENTES NOS SENTIDOS 	CONTRÁRIOS
PELO MENOS UMA DAS REAÇÕES ESPECÍFICAS DE CADA SENTIDO DEVE SER 	TERMODINAMICAMENTE MUITO FAVORÁVEL
GERALMENTE A REGULAÇÃO DE ROTAS CONTRÁRIAS ACONTECE EM COMPARTIMENTOS 	CELULARES DISTINTOS
REGULAÇÃO EM VÁRIOS NÍVEIS, DENTRO E FORA DA CÉLULA
	- CONCENTRAÇÃO DO SUBSTRATO
	- REGULAÇÃO ALOSTÉRICA
	- HORMÔNIOS, FATORES DE CRESCIMENTO, MENSAGEIROS INTRACELULARES, 		FOSFORILAÇÃO
	- SÍNTESE OU DEGRADAÇÃO DE ENZIMAS
OS ORGANISMOS VIVOS DEVEM:
OBTER ENERGIA E MATÉRIA-PRIMA DO SEU ENTORNO, PARA CONSTRUIR AS PRÓPRIAS MOLÉCULAS E MANTER A ORDEM DE SUAS ESTRUTURAS
REALIZAR TRABALHO BIOLÓGICO EM TEMPERATURA CONSTANTE
DG = DH - TDS
Variação da energia livre.
- Energia disponível para realizar trabalho.
- Prediz se uma reação é favorável.
Variação da entalpia. - Calor total liberado ou absorvido numa reação.
Variação da entropia.
Medida da desorganização.
 Energia dissipada (não aproveitada).
				T = 25°C (298 K)
DG° (Var. Energia Livre Padrão)	Todos os Produtos e Reagentes: 1 M
				P = 1 atm. (101,3 Kpa) 
				[H+] = 10-7 M (pH = 7)
DG’° (Var. Energia Livre Padrão	[H2O] = 55,5 M
	Aparente)		[Mg2+] = 1 mM
				T = 25°C; P = 1 atm.
aA + bB		cC + dD			[C]c x [D]d
					[A]a x [B]b
K’eq =
DG’° = - RT x ln K’eq
Keq = 1		DG° = 0
Keq > 1		DG° (-)		REAÇÃO FAVORÁVEL
Keq < 1		DG° (+)		REAÇÃO DESFAVORÁVEL
DG REAL: NAS CONCENTRAÇÕES DE REAGENTES E PRODUTOS, E TEMPERATURA REAIS
	TENDE A 0 NA MEDIDA QUE A REAÇÃO SE APROXIMA AO EQUILÍBRIO
	DG = DG’° + RT x ln
 DG ( - ) E ENERGIA DE ATIVAÇÃO ELEVADA	REAÇÃO LENTA	CATÁLISE
			NÃO ALTERA O EQUILÍBRIO		ENZIMA
[C] [D]
[A] [B]
DG’°1 ( - ) 
REAÇÃO FAVORÁVEL
DG’°2 ( + ) 
REAÇÃO DESFAVORÁVEL
DG’°1 + DG’°2 ( - )
REAÇÃO FAVORÁVEL
Ex: ATP + H2O 	ADP + Pi 
			( - 30,5 kJ/mol)
Ex: Glicose + Pi	 Glicose-6-fosfato 
			 (13,8 kJ/mol)
DG’° = - 16,7 kJ/mol
A MAIORIA DAS REAÇÕES QUÍMICAS NAS CÉLULAS VIVAS PERTENCE A UMA DAS CINCO 	CATEGORIAS GERAIS:
1- REAÇÕES QUE CRIAM OU QUEBRAM LIGAÇÕES CARBONO – CARBONO
2- REARRANJOS INTERNOS, ISOMERIZAÇÕES, ELIMINAÇÕES
3- REAÇÕES COM RADICAIS LIVRES
4- TRANSFERÊNCIA DE GRUPOS
5- REAÇÕES DE OXIDAÇÃO – REDUÇÃO 
REAÇÕES DE OXIDAÇÃO - REDUÇÃO
OXIDAÇÃO
PERDA DE DOIS ELÉTRONS E DOIS H+
ENZIMAS: DESIDROGENASES
LIGAÇÃO COVALENTE DO CARBONO A UM 	ÁTOMO DE OXIGÊNIO
ENZIMAS: OXIDASES E OXIGENASES
LIBERAM ENERGIA
COMUNS NO CATABOLISMO
REDUÇÃO
GANHO DE ELÉTRONS E H+
ENZIMAS: HIDROGENASES
QUEBRA DA LIGAÇÃO ENTRE O 	CARBONO E O OXIGÊNIO
ENZIMAS: REDUTASES
CONSOMEM ENERGIA
COMUNS NO ANABOLISMO
NAD+	 NADH
NADP+	 NADPH
Receptor de elétrons
Doador de elétrons
ESTADOS DE OXIDAÇÃO DO CARBONO
A MOLÉCULA DE ATP: ADENOSINA – TRIFOSFATO
GRANDE REPULSÃO ELETROSTÁTICA ENTRE OS P
PARTICIPAÇÃO COVALENTE NAS REAÇÕES DE TRANSFERÊNCIA DE ENERGIA:
TRANSFERÊNCIA DE Pi ou PPi PARA:
SUBSTRATO
ENZIMA
TRANSPORTADORES DE ELÉTRONS: NAD+ e NADP+
NAD+ + 2e- + 2H+		NADH + H+	(OXIDAÇÕES / MITOCÔNDRIA)
NADP+ + 2e- + 2H+		NADPH + H+	(REDUÇÕES / CITOSSOL)
TRANSPORTADORES DE ELÉTRONS: FAD E FMN
- COENZIMAS (E EM MUITOS CASOS, GRUPOS PROSTÉTICOS) DAS FLAVOPROTEÍNAS
METABOLISMO CELULAR
CAPÍTULO 2
METABOLISMO DOS CARBOIDRATOS
Ganho líquido:
2 ATP por molécula de glicose
(4 ATP – 2 ATP)
32,4 kCal / mol de glicose
Outras fontes:
Galactose, Frutose
* Reações reversas catalisadas por enzimas diferentes
3- Inibida por ATP, ativada por AMP
FORMAÇÃO DE LACTATO A PARTIR DO PIRUVATO
2
+ 2 NADH + 2 H+
2
+ 2 NAD+
FORMAÇÃO DE ETANOL APARTIR DO PIRUVATO
+ H+
lactato
desidrogenase
piruvato
descarboxilase (*)
+ CO2
+ NADH + H+
álcool
desidrogenase
+ NAD+
(*) Coenzima: TPP
GLICONEOGÊNESE: 
SÍNTESE DE GLICOSE A PARTIR DE PRECURSORES QUE NÃO SÃO CARBOIDRATOS
OCORRE EM TODOS OS ORGANISMOS (BACTÉRIAS, FUNGOS, VEGETAIS E ANIMAIS)
AS REAÇÕES SÃO ESSENCIALMENTE AS MESMAS EM TODOS OS TECIDOS E EM TODAS AS 	ESPÉCIES
NAS PLANTAS EM GERMINAÇÃO, OS PRINCIPAIS PRECURSORES SÃO AS GORDURAS E 	PROTEÍNAS ESTOCADAS NAS SEMENTES
NOS ORGANISMOS FOTOSSINTÉTICOS:
		PAPEL CENTRAL NO METABOLISMO
GLICOSE		COMBUSTÍVEL PRINCIPAL
		UNIDADE ESTRUTURAL	PAREDE CELULAR
					NUCLEOTÍDEOS
					COENZIMAS
					OUTROS METABÓLITOS
PRODUTOS PRIMÁRIOS DA FOTOSSÍNTESE
GLICOSE
SACAROSE
AMIDO
NA MITOCÔNDRIA
(COENZIMA: BIOTINA)
MALATO (consome NADH) 
CITOSOL
OXALOACETATO (produz NADH)
PROCESSO ENERGÉTICAMENTE CUSTOSO, MAS ESSENCIAL. GASTA:
2 PIRUVATOS
4 ATP
2 GTP
2 NADH
OXIDAÇÃO DA GLICOSE PELA VIA DAS PENTOSES FOSFATO
(OU VIA DO FOSFOGLICONATO)
PENTOSES
		DNA
		RNA
SÍNTESE DE	ATP
		NADH
		FADH2
		COENZIMA A
				REDUÇÕES BIOSSINTÉTICAS
TAMBÉM HÁ FORMAÇÃO DE NADPH
				COMBATE O EFEITO DOS RADICAIS DE O2
DUAS VIAS
OXIDATIVA
NÃO - OXIDATIVA
TRANSFORMAÇÃO DA GLICOSE – 6 – P EM RIBOSE – 5 – P 
RECICLAGEM DA RIBOSE – 5 – P PARA FORMARGLICOSE – 6 – P 
FASE OXIDATIVA DA VIA DAS PENTOSES – FOSFATO
CRUCIAL PARA A FIXAÇÃO FOTOSSINTÉTICA DE CO2 PELAS PLANTAS
ACONTECE NO CITOSOL
FASE NÃO – OXIDATIVA DA VIA DAS PENTOSES – FOSFATO 
CONVERSÃO DE PIRUVATO A ACETIL – CoA
PRIMEIRAMENTE O PIRUVATO É TRANSPORTADO DO CITOSSOL PARA A MITOCÔNDRIA
CONEXÃO DA GLICÓLISE AO CICLO DE KREBS
DESCARBOXILAÇÃO OXIDATIVA (PROCESSO IRREVERSÍVEL):
+ HS–CoA + NAD+
+ NADH + CO2
COENZIMA A (CoA):
LIGAÇÃO TIOÉSTER: RICA EM ENERGIA
A REAÇÃO É REALIZADA PELO COMPLEXO MULTIENZIMÁTICO:
		PIRUVATO DESIDROGENASE (E1)
3 ENZIMAS	DIIDROLIPOIL TRANSACETILASE (E2)
		DIIDROLIPOIL DESIDROGENASE (E3)
		TIAMINA PIROFOSFATO (TPP) 			Vit. B1
		COENZIMA A (CoA)					 Vit. B5
5 COENZIMAS 	ÁCIDO LIPÓICO 					
		NICOTINAMIDA ADENINA DINUCLEOTÍDEO (NAD+)	Vit. B3
		FLAVINA ADENINA DINUCLEOTÍDEO (FAD)		Vit. B2
2 ENZIMAS REGULADORAS:
PIRUVATO DESIDROGENASE CINASE: FOSFORILA E INIBE E1
	- ATIVADA POR ATP, ACETIL CoA e NADH
	- INIBIDA POR PIRUVATO
PIRUVATO DESIDROGENASE FOSFATASE: DEFOSFORILA E ATIVA E1
	- ATIVADA POR CÁLCIO (IMPORTANTE NO MÚSCULO ESQUELÉTICO)
	* DEFICIÊNCIA NA E1, ASSOCIADA AO CROMOSSOMO X: 
	PROVOCA ACIDOSE LÁCTICA CONGÊNITA
	AFETA O DESENVOLVIMENTO DO SNC E PROVOCA MORTE PREMATURA
CICLO DE KREBS (CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO):
VIA FINAL p/ O METABOLISMO OXIDATIVO DE CARBOIDRATOS, AMINOÁCIDOS E ÁCIDOS 	GRAXOS
CONVERTIDOS EM CO2
FORNECE ENERGIA p/ A PRODUÇÃO DA MAIOR PARTE DO ATP
OCORRE TOTALMENTE NA MITOCÔNDRIA, MUITO PRÓXIMO DAS REAÇÕES DE 	TRANSPORTE DE ELÉTRONS
VIA AERÓBICA – O OXIGÊNIO É O ACEPTOR FINAL DE ELÉTRONS
ALGUNS INTERMEDIÁRIOS SÃO IMPORTANTES EM DIVERSAS ROTAS ANABÓLICAS
REPOSIÇÃO DE INTERMEDIÁRIOS: REAÇÕES ANAPLERÓTICAS
RENDIMENTO ENERGÉTICO DO CICLO DE KREBS
3 NADH		3 NAD+		9 ATP
FADH2		FAD		2 ATP
GDP + Pi		GTP		1 ATP
				12 ATP		2 X
PIRUVATO	ACETIL – CoA
		NADH		3 ATP
				15 ATP			30 ATP
CICLO DO GLIOXILATO
PRESENTE EM PLANTAS (PRINCIPALMENTE EM SEMENTES DURANTE A GERMINAÇÃO)
TAMBÉM EM MICRORGANISMOS E ORGANISMOS INFERIORES
AUSENTE EM VERTEBRADOS
FOSFOENOL PIRUVATO
NA FASE FINAL DA GLICÓLISE:
PIRUVATO
ACETIL – COENZIMA A
REAÇÕES MUITO EXERGÔNICAS E ESSENCIALMENTE IRREVERSÍVEIS
?
PLANTAS: (ACONTECE NOS GLIOXISSOMOS)
OXIDAÇÃO DOS ÁCIDOS GRAXOS
ACETIL – COENZIMA A
OXALOACETATO
FOSFOENOL PIRUVATO
GLICONEOGÊNESE
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
ESTÁGIO FINAL DA RESPIRAÇÃO CELULAR
A ENERGIA DA OXIDAÇÃO GOVERNA A SÍNTESE DE ATP
OCORRE NAS MITOCÔNDRIAS
ENVOLVE A REDUÇÃO DE O2 A H2O COM ELÉTRONS DOADOS POR NADH E FADH2
TEORIA QUIMIOSMÓTICA		PETER MITCHEL (1961)	NOBEL (1978)
DIFERENÇAS TRANSMEMBRANA NA CONCENTRAÇÃO DE PRÓTONS
RESERVATÓRIO PARA A ENERGIA EXTRAÍDA DAS REAÇÕES BIOLÓGICAS DE OXIDAÇÃO
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
FOTOFOSFORILAÇÃO
TRANSPORTE ATIVO
MOVIMENTO DOS FLAGELOS (BACTÉRIAS)
MITOCÔNDRIA
NO FÍGADO: 
APROX. 10.000 CONJUNTOS DE SISTEMAS DE TRANSFERÊNCIA DE ELÉTRONS E COMPLEXOS DA ATP – SINTASE
NO MÚSCULO CARDÍACO: 3 X MAIS ! 
POTENCIAL REDOX: ENERGIA ENVOLVIDA NA CAPTAÇÃO / PERDA DE ELÉTRONS (Volts)
	- É CARACTERÍSTICA PARA CADA PAR REDOX
REFERÊNCIA: 2 H+ + 2 e-	H2
 
DIRETAMENTE PROPORCIONAL À DG (-)
OX.
RED.
DE° = E° (subst. reduzida) – E° (subst. oxidada) 
DE° (+): REAÇÃO POSSÍVEL
DE° (-): NÃO OCORRE
EX:	Cu2+ + 2 e-	Cu°	E°red = + 0,337 V
	Zn2+ + 2 e-	Zn°	E°red = - 0,76 V 
Cu + ZnSO4	CuSO4 + Zn	- 0,76 V – 0,337 = - 1,097 V	NÃO ACONTECE
Zn + CuSO4	ZnSO4 + Cu	0,337 – (- 0,76) = 1,097 V	ACONTECE	
CARREGADORES DE ELÉTRONS NA CADEIA RESPIRATÓRIA
BENZOQUINONA HIDROFÓBICA
DIFUNDE-SE LIVREMENTE DENTRO 	DA MEMBRANA
MOVIMENTA ELÉTRONS ENTRE 	OUTROS CARREGADORES 	MENOS MÓVEIS
PODE ATUAR NA JUNÇÃO ENTRE UM 	DOADOR DE DOIS 	ELÉTRONS E UM ACEPTOR 	DE UM ELÉTRON
CARREGA TANTO ELÉTRONS QUANTO 	PRÓTONS
CARREGADORES DE ELÉTRONS NA CADEIA RESPIRATÓRIA (cont.)
PARTICIPAM DE TRANSEFERÊNCIAS DE UM ELÉTRON
PELO MENOS OITO TIPOS DIFERENTES
O POTENCIAL DE REDUÇÃO DAS PROTEÍNAS Fe – S VARIA DE – 0,65 V A + 0,45 V, 	DEPENDENDO DO MICROAMBIENTE DO FERRO DENTRO DA PROTEÍNA
CARREGADORES DE ELÉTRONS NA CADEIA RESPIRATÓRIA (cont.)
CITOCROMOS (a, a3, b, c, c1)	- com um grupo heme fortemente ligado
O citocromo C é o único solúvel
CARREGADORES DE ELÉTRONS NA CADEIA RESPIRATÓRIA (POTENCIAIS DE REDUÇÃO)
REAÇÃO REDOX
E° (V)
2H++ 2 e-H2
0,00
NAD++ H++ 2 e-NADH
- 0,320
NADP++ H++ 2e-NADPH
- 0,324
NADH-desidrogenase(FMN) + 2H++ 2 e-N-D (FMNH2)
- 0,30
UBIQUINONA + 2 H++ 2e-UBIQUINOL
0,045
CITOCROMO b (Fe3+) + e-CITOCROMO b (Fe2+)
0,077
CITOCROMO c1(Fe3+) + e-CITOCROMO c1(Fe2+)
0,22
CITOCROMO c (Fe3+) + e-CITOCROMO c (Fe2+)
0,254
CITOCROMO a (Fe3+) + e-CITOCROMO a (Fe2+)
0,29
CITOCROMO a3(Fe3+) + e-CITOCROMO a3(Fe2+)
0,35
½ O2+ 2 H++ 2 e-H2O
0,8166
OS QUATRO COMPLEXOS MULTIENZIMÁTICOS DA CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS
COMPLEXO I: DO NADH ATÉ A UBIQUINONA
	- 42 CADEIAS POLIPEPTÍDICAS, 6 CENTROS Fe – S 
	- TRANSFERÊNCIA EXERGÔNICA PARA A UBIQUINONA DE UM H- E UM H+
	- TRANSFERÊNCIA ENDERGÔNICA DE 4 H+ DA MATRIZ PARA O ESPAÇO 			INTERMEMBRANAS
COMPLEXO II: DO SUCCINATO ATÉ A UBIQUINONA
	- 4 CADEIAS POLIPEPTÍDICAS
	- ENZIMA SUCCINATO DESIDROGENASE 
		(SUCCINATO + FAD		FUMARATO + FADH2)
	- 1 GRUPO HEME E 3 CENTROS Fe – S 
COMPLEXO III: DA UBIQUINONA ATÉ O CITOCROMO C
	- 4 CITOCROMOS (b562, b566, C1 e C)
	- TRANSFERÊNCIA ENDERGÔNICA DE 4 H+ DA MATRIZ PARA O ESPAÇO 			INTERMEMBRANAS
COMPLEXO IV: DO CITOCROMO C ATÉ O2
	- 13 SUBUNIDADES PROTÉICAS, 3 ÍONS DE COBRE E 2 CITOCROMOS (a, a3)
	- TRANSFERÊNCIA ENDERGÔNICA DE 2 H+ DA MATRIZ PARA O ESPAÇO 			INTERMEMBRANAS
	- REDUÇÃO DO O2 A H20
CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS
EQUAÇÃO GLOBAL DO TRANSPORTE DE ELÉTRONS:
NADH + H+ + ½ O2		NAD+ + H2O	DE° = 1,14 V
					DG° = - 220 kJ / mol
PARA CADA PAR DE ELÉTRONS TRANSFERIDO PARA O O2 SÃO BOMBEADOS:
	4 H+ (COMPLEXO I)
	4 H+ (COMPLEXO III)	10 H+
	2 H+ (COMPLEXO IV) 
CONSERVAÇÃO TEMPORÁRIA DE ENERGIA
FORÇA PRÓTON - MOTRIZ
ENERGIA POTENCIAL QUÍMICA
ENERGIA POTENCIAL ELÉTRICA
ENERGIA DISPONÍVEL PARA REALIZAR TRABALHO
MITOCÔNDRIAS DAS PLANTAS
PERÍODOS DE ILUMINAÇÃO FRACA OU ESCURIDÃO
NA PRESENÇA DE LUZ
MECANISMOS ANÁLOGOS AOS UTILIZADOS PELOS ORGANISMOS NÃO - FOTOSSINTÉTICOS
A FONTE PRINCIPAL DE NADH É A FOTORRESPIRAÇÃO (OXIDAÇÃO DA GLICINA A SERINA
REGENERAÇÃO DO NAD+ A PARTIR DO NADH DESNECESSÁRIO:
TRANSFERÊNCIA DIRETA 
NADH – UBIQUINONA – O2 DESVIANDO DOS COMPLEXOS
NÃO PASSANDO PELA CITOCROMO OXIDASE DO COMPLEXO IV, ESTA VIA ALTERNATIVA É RESISTENTE AO CIANETO
GRADIENTE DE CONCENTRAÇÃO DE PRÓTONS
SÍNTESE DE ATP
?
220 kJ / mol 
CADA 2 e- TRANSPORTADOS
PARA SINTETISAR 1 mol DE ATP
50 kJ / mol 
O MODELO QUIMIOSTÁTICO (MITCHELL)
ACOPLAMENTO DAS REAÇÕES:
INIBIÇÃO DO TRANSPORTE DE ELÉTRONS (CIANETO, CO, ANTIMICINA)
INIBIÇÃO DA SÍNTESE DE ATP
INIBIÇÃO DA SÍNTESE DE ATP
INIBIÇÃO DO TRANSPORTE DE ELÉTRONS
SÍNTESE DO ATP: O COMPLEXO DA ATP - SINTASE
DOMÍNIO F1
DOMÍNIO F0
MUITO SEMELHANTE EM:
	- MITOCÔNDRIAS
	- CLOROPLASTOS
	- BACTÉRIAS
		3 SUBUNIDADES a
DOMÍNIO F1	(g, d, e)
		3 SUBUNIDADES b		ADP + Pi		ATP + H2O
MAIS FORTEMENTE LIGADO A b
(EFEITO ESTABILIZANTE)
SE FALTAR Fo (FLUXO DE PRÓTONS) PREVALECE A HIDRÓLISE
O GRADIENTE DE PRÓTONS FAZ A ENZIMA LIBERAR O ATP
		 SEQÜÊNCIAS DE AMINOÁCIDOS IDÊNTICAS
SUBUNIDADES b:
		 CONFORMAÇÕES DIFERENTES	ATP
						ADP
						VAZIA
CATÁLISE ROTACIONAL
“MUDANÇA CONFORMACIONAL COOPERATIVA”
DIRIGIDA PELA PASSAGEM DE PRÓTONS
O GRADIENTE DE PRÓTONS TAMBÉM FORNECE ENERGIA PARA OUTROS TRANSPORTADORES NA MEMBRANA DA MITOCÔNDRIA:
					ENTRADA DE ADP
ADENINA – NUCLEOTÍDEO – TRANSLOCASE
					SAÍDA DE ATP
FOSFATO TRANSLOCASE		ENTRADA DE FOSFATO
REGULAÇÃO DA FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
CONCENTRAÇÃO DE ATP / ADP NA CÉLULA
INIBIÇÃO / ATIVAÇÃO DE F1
INIBIÇÃO / ATIVAÇÃO DA PIRUVATO DESIDROGENASE
METABOLISMO CELULAR
CAPÍTULO 3
BIOSSÍNTESE DOS CARBOIDRATOSFOSTOSSÍNTESE E FOTORRESPIRAÇÃO
FOTOSSÍNTESE
SEQÜÊNCIA DE REAÇÕES ONDE O FLUXO DE ELÉTRONS TAMBÉM ESTÁ ACOPLADO À SÍNTESE DE ATP
A FOSFORILAÇÃO É ENERGIZADA PELA LUZ
A CONVERSÃO DA ENERGIA SOLAR EM ENERGIA QUÍMICA (COMPOSTOS ORGÂNICOS REDUZIDOS) É A FONTE FUNDAMENTAL DE QUASE TODA A ENERGIA BIOLÓGICA
ORGANISMOS FOTOSSINTÉTICOS
Energia solar
ATP NADPH
CARBOIDRATOS PROTEÍNAS LIPÍDEOS ETC.
CO2 + H2O
O2
		BACTÉRIAS
OCORRE EM	ALGAS
		PLANTAS VASCULARES
DOADOR DE ELÉTRONS E HIDROGÊNIO
NA FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
NA FOTOFOSFORILAÇÃO
NADH
H2O
DE° = - 0,32 V
DE° = + 0,816 V
OS ELÉTRONS FLUEM ATRAVÉS DE UMA SÉRIE DE TRANSPORTADORES LIGADOS À MEMBRANA: CITOCROMOS, QUINONAS, PROTEÍNAS FERRO – ENXOFRE
OS PRÓTONS SÃO BOMBEADOS ATRAVÉS DE UMA MEMBRANA PARA CRIAR UM POTENCIAL ELETROQUÍMICO
A TRANSFERÊNCIA DOS ELÉTRONS E O BOMBEAMENTO DOS PRÓTONS SÃO CATALISADOS POR COMPLEXOS DE MEMBRANA HOMÓLOGOS, EM ESTRUTURA E FUNÇÃO, AO COMPLEXO III DA MITOCÔNDRIA
O POTENCIAL ELETROQUÍMICO QUE ELES PRODUZEM FORNECE A FORÇA NECESSÁRIA PARA A SÍNTESE DE ATP PELO COMPLEXO DA ATP SINTASE
FOTOSSÍNTESE
GOVERNADAS POR PRODUTOS DAS REAÇÕES LUMINOSAS
REAÇÕES LUMINOSAS
REAÇÕES DE ASSIMILAÇÃO DE C
NOS CLOROPLASTOS
OS PIGMENTOS FOTOSSINTÉTICOS E OS COMPLEXOS ENZIMÁTICOS, RESPONSÁVEIS PELAS 	REAÇÕES LUMINOSAS E A SÍNTESE DE ATP, ESTÃO EMBEBIDOS NAS MEMBRANAS 	DOS TILACÓIDES
A MAIORIA DAS ENZIMAS NECESSÁRIAS PARA AS REAÇÕES DE ASSIMILAÇÃO DE CARBONO 	ESTÃO NO ESTROMA (FASE AQUOSA DELIMITADA PELA MEMBRANA INTERNA
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
1 FÓTON COM l = 700 nm		2,84 x 10-19 J
1 mol DE FÓTONS DE LUZ VERMELHA		5X A ENERGIA NECESSÁRIA PARA 						PRODUZIR 1 mol DE ATP A PARTIR DE 						ADP E Pi 
Fóton
Estado excitado (e-)
Estado fundamental
ENERGIA
LUZ
CALOR
ÉXCITON
FLUORESCÊNCIA FOSFORESCÊNCIA
QUANTUM DE ENERGIA TRANSFERIDO DE UMA MOLÉCULA EXCITADA PARA OUTRA
CLOROFILAS – OS PIGMENTOS ABSORVEDORES DE LUZ MAIS IMPORTANTES 			NAS MEMBRANAS TILACÓIDES
Espectros de absorção levemente diferentes
ESTÁ SEMPRE ASSOCIADA A PROTEÍNAS ESPECÍFICAS, FORMANDO OS COMPLEXOS COLETORES DE LUZ
PIGMENTOS ACESSÓRIOS: ESTENDEM A FAIXA DE ABSORÇÃO DE LUZ 				(RECEPTORES DE LUZ SUPLEMENTARES)
CAROTENÓIDES:
OS SISTEMAS CONJUGADOS (LIGAÇÕES SIMPLES E DUPLAS ALTERNADAS) SÃO OS RESPOSÁVEIS PELA ABSORÇÃO DA LUZ VISÍVEL
OUTROS:
a e g CAROTENO
LICOPENO
ZEAXANTINA
OS PIGMENTOS ABSORVEDORES DE LUZ DAS MEMBRANAS TILACÓIDES ESTÃO 	ARRANJADOS EM ESTRUTURAS FUNCIONAIS DENOMINADAS
			FOTOSSISTEMAS
P. EX: EM CLOROPLASTOS DE ESPINAFRE, CADA FOTOSSISTEMA CONTÉM CERCA DE
	- 200 MOLÉCULAS DE CLOROFILA
	- 50 MOLÉCULAS DE CAROTENÓIDES
TODOS OS PIGMENTOS DE UM FOTOSSISTEMA PODEM ABSORVER FÓTONS
APENAS UMAS POUCAS MOLÉCULAS DE CLOROFILA, ASSOCIADAS AO CENTRO DE REAÇÃO 	FOTOQUÍMICA, SÃO ESPECIALIZADAS NA TRANSDUÇÃO DE LUZ EM ENERGIA 	QUÍMICA
OS OUTROS PIGMENTOS EM UM FOTOSSISTEMA SÃO MOLÉCULAS COLETORAS DE LUZ OU 	ANTENAS MOLECULARES
A EXCITAÇÃO PELA LUZ CAUSA A SEPARAÇÃO DE CARGAS ELÉTRICAS E INICIA UMA CADEIA DE OXIDAÇÃO – REDUÇÃO
AS PLANTAS TÊM DOIS FOTOSSISTEMAS (PSI E PSII), UM DE CADA TIPO, ATUANDO EM SEQÜÊNCIA
CADA FOTOSSISTEMA TEM: 	- SEU PRÓPRIO CENTRO DE REAÇÃO FOTOQUÍMICO
			- SEU PRÓPRIO CONJUNTO DE MOLÉCULAS ANTENA
PARA CADA DOIS FÓTONS ABSORVIDOS (UM EM CADA FOTOSSISTEMA)
UM ELÉTRON É TRANSFERIDO DA ÁGUA AO NADP+ 
FORMAR UMA MOLÉCULA DE O2
PARA:							PRECISA:
OITO FÓTONS (QUATRO POR PS)
(REQUER A TRANSFERÊNCIA DE QUATRO ELÉTRONS DE H20 A NADP+)
MUITOS HERBICIDAS AGEM NO SÍTIO DE LIGAÇÃO DA PLASTOQUINONA, BLOQUEANDO A TRANSFERÊNCIA DE ELÉTRONS ATRAVÉS DO COMPLEXO b6f E IMPEDINDO A PRODUÇÃO FOTOSSINTÉTICA DE ATP
LIGA OS FOTOSSISTEMAS II e I
TEM UMA ESTRUTURA ANÁLOGA À DO COMPLEXO III DAS 	MITOCÔNDRIAS
BOMBEIA PRÓTONS PARA A FORMAÇÃO DO GRADIENTE (4p / 2e)
COMPLEXO DE CITOCROMOS b6f 
VER FILMINHOS !
QUEBRA DA ÁGUA PELO COMPLEXO DE LIBERAÇÃO DO OXIGÊNIO
ÁGUA
É A FONTE ELEMENTAR DE ELÉTRONS QUE SÃO PASSADOS PARA O NADPH
APÓS DOAR UM ELÉTRON PARA A FEOFITINA, O P680(+) DO PSII PRECISA GANHAR UM ELÉTRON PARA RETORNAR AO SEU ESTADO BASAL E FICAR PREPARADO PARA CAPTURAR OUTRO FÓTON
DOADOR DE ELÉTRONS
BACTÉRIAS FOTOSSINTÉTICAS
CIANOBACTÉRIAS CLOROPLASTOS
ACETATO, SUCCINATO, MALATO, SULFETO
H20 (SEMPRE DISPONÍVEL)
2H2O	 4H+ + 4e- + O2
QUEBRA DA ÁGUA PELO COMPLEXO DE LIBERAÇÃO DO OXIGÊNIO (CONT.)
UM ÚNICO FÓTON DE LUZ VISÍVEL NÃO TEM ENERGIA SUFICIENTE PARA QUEBRAR AS 	LIGAÇÕES NA ÁGUA
SÃO NECESSÁRIOS 4 FÓTONS (CLIVAGEM FOTOLÍTICA)
OS QUATRO ELÉTRONS REMOVIDOS DA ÁGUA NÃO PASSAM DIRETAMENTE AO P680
P680 SÓ PODE ACEITAR UM ELÉTRON DE CADA VEZ
SÍNTESE DE ATP (FOTOFOSFORILAÇÃO)
GRADIENTE DE PRÓTONS: ATÉ 1.000 X NO LÚMEN (DpH = 3)
8 FÓTONS	3 ATP
BIOSSÍNTESE DE CARBOIDRATOS EM PLANTAS
PLANTAS		ALTAMENTE VERSÁTEIS EM RELAÇÃO AOS CARBOIDRATOS
ORGANISMOS AUTÓTROFOS – CONVERTEM CARBONO INORGÂNICO (CO2) EM 	COMPOSTOS ORGÂNICOS
A BIOSSÍNTESE OCORRE EM PLASTÍDEOS – ORGANELAS LIMITADAS POR MEMBRANAS, 	EXCLUSIVAS DOS ORGANISMOS FOTOSSINTÉTICOS
NÃO PODEM SE MOVER PARA ENCONTRAR MELHORES SUPRIMENTOS DE ÁGUA LUZ OU 	NUTRIENTES – ADAPTABILIDADE A CONDIÇÕES MUTÁVEIS
PAREDES CELULARES GROSSAS, FEITAS DE POLÍMEROS QUE PRECISAM SER MONTADOS 	DO LADO DE FORA DA MEMBRANA PLASMÁTICA
SÍNTESE DE CARBOIDRATOS
REDUÇÃO DO CO2 ÀS CUSTAS DA ENERGIA E DO PODER REDUTOR FORNECIDO PELO ATP E PELO NADPH, GERADOS PELAS REAÇÕES LUMINOSAS
PRODUTO SIMPLES (TRIOSE-FOSFATO: 3-FOSFOGLICERATO)
AÇÚCARES, POLISSACARÍDEOS, BIOMOLÉCULAS MAIS COMPLEXAS
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TODAS AS VIAS PRECISAM SER COORDENADAMENTE REGULADAS PARA ASSEGURAR A ALOCAÇÃO ADEQUADA DO CARBONO PARA
PRODUÇÃO DE ENERGIA
SÍNTESE DE BIOMOLÉCULAS
A MAIORIA DAS REAÇÕES BIOSSINTÉTICAS ACONTECEM NOS PLASTÍDEOS:
ORGANELAS EXCLUSIVAS DE ALGAS E PLANTAS
TÊM CAPACIDADE DE AUTORREPRODUÇÃO (FISÃO BINÁRIA)
DELIMITADAS POR UMA MEMBRANA DUPLA
POSSUEM UM PEQUENO GENOMA QUE CODIFICA ALGUMAS DE SUAS PROTEÍNAS
AS MEMBRANAS INTERNAS SÃO IMPERMEÁVEIS A MOLÉCULAS POLARES E CARREGADAS
O TRÂNSITO É MEDIADO POR CONJUNTOS DE TRANSPORTADORES ESPECÍFICOS
EX:
CLOROPLASTOS
AMILOPLASTOS
A ASSIMILAÇÃO DO CO2 OCORRE EM TRÊS ESTÁGIOS (CICLO DE CALVIN)
ESTÁGIO 1: FIXAÇÃO DE CO2
CATALISADA PELA ENZIMA RIBULOSE-1,5-BIFOSFATO-CARBOXILASE/OXIGENASE 	(RUBISCO)
		LIGAÇÃO COVALENTE DO CO2 À RIBULOSE-1,5-BIFOSFATO
		CLIVAGEM DO INTERMEDIÁRIO INSTÁVEL DE 6 CARBONOS, 				FORMANDO DUAS MOLÉCULAS DE 3-FOSFOGLICERATO
VELOCIDADE BAIXA: 3 MOLÉCULAS DE CO2 FIXADAS POR SEGUNDO, A 25°C
AS PLANTAS TÊM GRANDES QUANTIDADES, PARA PODER ATINGIR ALTAS TAXAS DE 	FIXAÇÃO
QUASE 50% DA PROTEÍNA SOLÚVEL NOS CLOROPLASTOS E UMA DAS ENZIMAS MAIS 	ABUNDANTES DA TERRA
16 SUBUNIDADES PROTÉICAS, MM = 550.000
DIVERSOS SÍTIOS ATIVOS: Mg2
ESTÁGIO 2: CONVERSÃO DO 3-FOSFOGLICERATO EM GLICERALDEÍDO-3-FOSFATO
REALIZADA EM DUAS ETAPAS	FOSFORILAÇÃO (A PARTIR DO ATP)
				REDUÇÃO (ELÉTRONS DOADOS PELO NADPH
INVERSO DAS ETAPAS CORRESPONDENTES NA GLICÓLISE
O COFATOR PARA A REDUÇÃO É O NADPH
INTERCONVERSÃO: GLICERALDEÍDO-3-FOSFATO		DIIDROXIACETONA-FOSFATO
SÃO PRODUZIDAS 6 MOLÉCULAS DE 3 CARBONOS (TRIOSES-FOSFATO)
	A MAIOR PARTE É UTILIZADA PARA REGENERAR A RIBULOSE-1,5-BIFOSFATO
	O RESTANTE (1 MOLÉCULA DE 3 CARBONOS É COVERTIDO EM AMIDO, SACAROSE, 	ETC. )
ESTÁGIO 3: REGENERAÇÃO DA RIBULOSE-1,5-BIFOSFATO A PARTIR DAS TRIOSES-FOSFATO
							6 NADPH
A SÍNTESE DE CADA TRIOSE-FOSFATO A PARTIR DO CO2 REQUER:
							9 ATP
AS TRIOSES SINTETIZADAS A PARTIR DO CO2 SAEM DO CLOROPLASTO ATRAVÉS DO MESMO TRANSPORTADOR USADO PARA INCORPORAR Pi
FOTORRESPIRAÇÃO
NA PRESENÇA DE LUZ: 
	CO2 + H2O O2 + COMP. ORG.	(NOS CLOROPLASTOS)
NO ESCURO:
	COMP. ORG. + O2	 CO2 + H2O	(NAS MITOCÔNDRIAS)	
BAIXA ESPECIFICIDADE DA ENZIMA RUBISCO
REAÇÃO PARALELA 
PROMOVIDA PELA LUZ
CONSOME O2
LIBERA CO2
FOTORRESPIRAÇÃO
CARBOXILASE
OXIGENASE
(uma vez cada 3 ou 4 rodadas)CO2 +
O2 +
R-1,5-BP
R-1,5-BP
2X 3-FOSFOGLICERATO
3-FOSFOGLICERATO
2-FOSFOGLICOLATO
( ? )
VIA DO GLICOLATO: RESGATE DOS CARBONOS DO 2-FOSFOGLICOLATO
		ENERGETICAMENTE MUITO CUSTOSA
SOB ILUMINAÇÃO SOLAR INTENSA, O FLUXO 	ATRAVÉS DESTA VIA PODE SER 	MUITO ALTO
PRODUZ 5x MAIS CO2 DO QUE O 	PRODUZIDO PELAS OXIDAÇÕES DO 	CICLO DE KREBS
AS MITOCÔNDRIAS TÊM GRANDES 	QUANTIDADES DO COMPLEXO 	GLICINA-DESCARBOXILASE (ATÉ 	50% DO TOTAL DE PROTEÍNA NA 	MATRIZ)
NÃO CONSERVA ENERGIA E PODE INIBIR A 	FORMAÇÃO DE BIOMASSA EM ATÉ 	50%
AS PLANTAS C4
PLANTAS DE ORIGEM TROPICAL (ILUMINAÇÃO FORTE 	INTENSIFICA A FOTORRESPIRAÇÃO)
EX: CANA-DE-AÇÚCAR, MILHO, SORGO
A FIXAÇÃO DO CO2 E A ATIVIDADE DA RUBISCO SÃO 	ESPACIALMENTE SEPARADAS
O CARBONO É FIXADO TEMPORARIAMENTE EM UM 	COMPOSTO DE 4 CARBONOS (OXALOACETATO)
A ENZIMA PEP-CARBOXILASE TEM ELEVADA AFINIDADE PELO 	HCO3-, MAS NÃO PELO O2
A FIXAÇÃO DO CO2 É MAIS DISPENDIOSA DO QUE NAS PLANTAS 	C3, MAS O GASTO É COMPENSADO COM A ELIMINAÇÃO 	QUASE TOTAL DA FOTORRESPIRAÇÃO
PLANTAS “CAM”: (Crassulacean Acid metabolism)
PLANTAS SUCULENTAS DE AMBIENTES MUITO QUENTES (CACTUS, BROMELIACEAS)
PRECISAM REDUZIR A PERDA DE ÁGUA ATRAVÉS DOS ESTÔMATOS DURANTE O DIA
À NOITE (AR MAIS FRESCO E ÚMIDO) OS ESTÔMATOS SE ABREM PERMITINDO A ENTRADA DE CO2
O CO2 É FIXADO NO OXALOACETATO PELA PEP-CARBOXILASE
O OXALOACETATO É REDUZIDO A MALATO E ARMAZENADO NOS VACÚOLOS PARA 	PROTEGER AS ENZIMAS CITOSÓLICAS E PLASTÍDEOS DO pH BAIXO
DURANTE O DIA OS ESTÔMATOS SE FECHAM E O CO2 É LIBERADO DO MALATO, PARA 	SER ASSIMILADO PELA AÇÃO DA RUBISCO E DAS OUTRAS ENZIMAS DO CICLO 	DE CALVIN
BIOSSÍNTESE DE SACAROSE E AMIDO
BIOSSÍNTESE DA CELULOSE
PROCESSOS METABÓLICOS EM CÉLULAS VEGETAIS (CARBOIDRATOS):
GLICÓLISE
CICLO DE KREBS
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
GLICONEOGÊNESE (FORMAÇÃO DE GLICOSE		TAMBÉM AS CEL. ANIMAIS 		A PARTIR DE COMPOSTOS COM 3 ou 4 C)
VIA DAS PENTOSES-FOSFATO
DEGRADAÇÃO DE AMIDO
FIXAÇÃO DE CO2 EM COMPOSTOS ORGÂNICOS
FORMAÇÃO DE TRIOSES, PENTOSES E HEXOSES A PARTIR DOS PRODUTOS DA FIXAÇÃO 	(CICLO DE CALVIN)
SÍNTESE DE AMIDO, SACAROSE, CELULOSE E OUTROS POLISSACARÍDEOS
 CICLO DO GLIOXILATO (ACETIL-CoA	 GLICONEOGÊNESE)
	SEGREGADOS EM DIVERSOS COMPARTIMENTOS
	QUE NÃO EXISTEM NAS CÉLULAS ANIMAIS