Mitocôndrias – Respiração celular

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MITOCÔNDRIAS – RESPIRAÇÃO CELULAR
Prof. Marcelo Nogueira Xavier
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Mitocôndrias
Organelas citoplasmáticas de forma arredondada e alongada;
Existentes em praticamente todos os tipos de células eucariontes;
Cada célula possui uma quantidade de mitocôndrias proporcional a sua atividade metabólica.
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Mitocôndrias
Possui duas membranas, uma externa lisa e uma interna pregueada;
Espaço intermembranas;
Matriz mitocondrial;
Ribossomos livres e DNA próprio (DNA mitocondrial).
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Mitocôndrias
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Mitocôndrias
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Estrutura da membrana externa
Bicamada lipídica sintetizada no REL;
Contém poros, chamados de porinas, canais que permitem a passagem de moléculas;
O espaço intermembranas lembra o citosol de uma célula;
Formada por 50% de lipídios (colesterol).
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Estrutura da membrana interna
Bicamada lipídica, sintetizada no REL;
Apresentam cristas que se projetam em direção a matriz mitocondrial (aumentam a superfície de contato);
Apresenta cardiolipina, fosfolipídio de membrana que a torna impermeável a elétrons e prótons;
Formada por 20% de lipídios e 80% de proteínas.
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Estrutura da membrana interna
Complexo ATPásico, ATPsintetase;
Partícula FoF1, contém o sítio catalítico para a síntese de ATP;
O fator Fo associa o fator F1 a membrana interna da mitocôndria.
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Estrutura da matriz mitocondrial
Líquido viscoso que contém as proteínas responsáveis pelas reações do metabolismo oxidativo;
Apresenta tRNA, mRNA e mtDNA;
Codifica algumas de suas próprias moléculas e sua duplicação;
Apresentam apenas origem materna.
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Permeabilidade das membranas
Água, O2 e pequenos ácidos graxos entram livremente na matriz mitocondrial;
NAD+, NADH, AMP, ADP, GTP, ATP, CoA, acetilCoA, H+ e Pi são impermeáveis a membrana interna;
Passagem ocorre através de sistema de transporte (proteínas carreadoras ou translocases).
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Membrana mitocondrial interna
Apresenta numerosas cristas que ampliam sua área de contato com a matriz;
Aumento da eficiência das reações químicas que ocorrem em sua superfície;
Esta membrana é livremente permeável somente ao O2, CO2 e a água;
Possui grande conteúdo protéico (cerca de 80%).
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Membrana mitocondrial interna
Citocromos: cadeia respiratória;
NADPHdesidrogenase: libera um par de elétrons para a cadeia respiratória;
Succinato desidrogenase: catalisa uma das reações do CK;
Carnitina aciltransferase: participa da transferência de ácido graxo do espaço intermembrana para a matriz mitocondrial.
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Membrana mitocondrial interna
A superfície interna está em contato direto com a matriz mitocondrial;
Possui grande número de partículas chamadas de corpúsculos elementares;
Esses corpúsculos abrigam a proteína FoF1 ATPsintase.
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Membrana mitocondrial interna
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Membrana mitocondrial externa
A membrana externa é lisa, rica em colesterol e sua face externa está em contato com o citosol;
Permeável a íons, metabólitos, CO2, O2, ATP e ADP;
Essa permeabilidade se dá graças a presença das porinas.
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Membrana mitocondrial externa
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Espaço intermembrana
Há entre as duas membranas um espaço que contém várias enzimas;
Espaço intermembrana;
Neste espaço ocorrem muitas reações importantes no metabolismo celular.
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Matriz mitocondrial
A matriz preenche o espaço formado pela membrana interna;
Apresenta características de gel (50% de água);
mtDNA; RNA, ribossomos, material proteico em forma de grânulos, cálcio, magnésio, cofatores, íons inorgânicos, O2 dissolvido, CO2, proteínas transportadoras;
Enzimas e produtos intermediários do CK e enzimas da β-oxidação dos ácidos graxos.
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Respiração celular
Processo de oxidação de moléculas orgânicas acompanhado da liberação de energia;
Aproveitada na síntese de ATP;
Compostos utilizados na oxidação que resultam em alto rendimento de ATP;
Carboidrato, lipídios e aminoácidos.
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Respiração celular
A respiração pode ser de dois tipos: anaeróbia ou aeróbia;
A respiração celular é o processo de obtenção de energia mais utilizado pelos seres vivos;
Ocorre o consumo de O2 e glicose;
Liberação de CO2, energia e água.
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Respiração aeróbia
Fase anaeróbia: 
Glicólise
Fase aeróbia: 
Oxidação do piruvato
Ciclo de Krebs ( CK)
Fosforilação Oxidativa
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Glicólise
Quebra da glicose;
Processo anaeróbico, sem presença de oxigênio;
Ocorre no citoplasma da célula;
Ao final do processo a glicose é convertida em duas moléculas de ácido pirúvico.
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Glicólise
Todos os seres vivos realizam a glicólise, seja em condições de aerobiose ou anaerobiose;
A glicólise é um processo anaeróbico onde se observa a formação de um produto final estável;
Ácido pirúvico;
A glicólise é dividida em 10 etapas.
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1º etapa – Fosforilação da glicose
Fosforilação da glicose em glicose-6-fosfato;
Presença de ATP e da enzima hexoquinase.
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2º etapa – Isomerização da glicose
Isomerismo: compostos diferentes apresentam a mesma fórmula molecular e diferentes fórmulas estruturais;
A glicose-6-fosfato é isomerizada em frutose-6-fosfato;
Pela enzima Glicose-fosfato-isomerase;
C6H13O9P.
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2º etapa – Isomerização da glicose
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3º etapa – Fosforilação da frutose-6-fosfato
Segunda reação de fosforilação;
A frutose-6-fosfato é fosforilada em frutose-1,6-difosfato pela enzima fosfofrutoquinase;
Nessa etapa uma nova molécula de ATP é consumida.
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3º etapa – Fosforilação da frutose-6-fosfato
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4º etapa – Quebra da frutose-1,6-fosfato
Graças a ação de uma aldolase a frutose-1,6-difosfato é quebrada em duas trioses;
Gliceraldeído-3-fosfato e Fosfodihidroxiacetona.
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4º etapa – Quebra da frutose-6-fosfato
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5º etapa – Triosefosfato isomerase
A dihidroxiacetona fosfato é convertida em gliceraldeído-3-fosfato;
Ação da enzima triosefosfato isomerase;
O gliceraldeído-3-fosfato é a única triose que pode ser oxidada;
Nesta etapa ocorre a única oxidação de toda glicólise.
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5º etapa – Triosefosfato isomerase
Realizada em presença de fosfato inorgânico;
Catalisada por uma desidrogenase que tem a NAD+ como cofator;
NAD: Dinucleotídio de nicotinamida e adenina;
É uma coenzima que apresenta dois estados de oxidação, NAD+ (oxidado) e NADH (reduzido).
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5º etapa – Triosefosfato isomerase
A forma NADH é obtida pela redução do NAD+ com dois elétrons e aceitação de um próton (H);
É um composto orgânico encontrado nas células de todos os seres vivos;
É usado como transportador de elétrons nas reações metabólicas de oxi-redução.
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6º etapa – Gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase
Cada gliceraldeído-3-fosfato é oxidado pelo NAD+ e fosforilado por um fosfato inorgânico;
Dando origem ao 1,3-bifosfoglicerato (1,3BPG);
Reação catalisada pela enzima gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase;
O NAD+ é reduzido a NADH.
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6º etapa – Gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase
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7º etapa - Fosfoglicerocinase
Etapa catalisada pela enzima 1,3BiP glicerato cinase;
A 1,3 BPG transfere um grupo fosfato para uma molécula de ADP;
Dando origem a uma molécula de ATP e ao 3-fosfoglicerato;
Essa é a primeira etapa da glicólise que sintetiza ATP diretamente na via.
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7º etapa - Fosfoglicerocinase
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8º etapa - Fosfogliceromutase
A enzima fosfogliceromutase reposiciona o P no 3-fosfoglicerato;
Tem origem o 2-fosfoglicerato.
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9º etapa - Enolase
A 9º etapa é uma reação de desidratação catalisada pela enzima enolase;
O 2-fosfoglicerato é desidratado formando uma molécula de água e o fosfoenolpiruvato;
Composto altamente energético, devido a esta configuração energética que houve o reposicionamento do P na etapa anterior.
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9º etapa - Enolase
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10º etapa – Piruvato cinase
Última etapa da glicólise, é catalizada pela enzima piruvato cinase;
Ocorre a transferência do grupo fosfato do fosfoenolpiruvato para uma molécula de ADP;
Formação de uma molécula de ATP;
Formação do piruvato ou ácido pirúvico.
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10º etapa – Piruvato cinase
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Glicólise - rendimento
Cada molécula de gliceraldeído-3-fosfato produz dois ATP;
Na glicólise são formadas duas moléculas de gliceraldeído-3-fosfato;
Ao todo são produuzidas 4 moléculas de ATP e gasto duas;
O saldo energético da glicólise é de 2 moléculas de ATP e 2 NADH por molécula de glicose.
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Resumo da glicólise