aula 04

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Disciplina: Fundamentos de bioquímica
Aula 4: Respiração celular
Apresentação
A respiração celular é o processo de conversão de ligações químicas de moléculas ricas em energia, utilizadas em processos
vitais.
Esse será o tema principal de nossa aula. Vamos lá!
Objetivos
Conhecer as etapas da respiração celular;
Entender sobre os mecanismos de respiração;
Descrever a glicólise, Ciclo de Krebs, Cadeia respiratória e Fosforilação oxidativa;
Comparar a respiração anaeróbia com a aeróbia.
Respiração celular
A organela responsável por esse mecanismo é a mitocôndria. Neste processo ocorre a liberação de dióxido de carbono e energia
e o consumo de oxigênio e glicose, ou outra molécula orgânica.
Consiste em quatro etapas:
1
Glicólise
A glicólise é o processo de degradação de uma molécula de glicose em duas moléculas de piruvato, para gerar ATP, ocorrido no
citoplasma. Ocorrendo também a fosforilação de duas moléculas de ATP e redução de duas moléculas de NAD+.
 Glicólise.
Atenção! Aqui existe uma videoaula, acesso pelo conteúdo online
 Glicólise.
Funções da Glicólise:
Preparar a glicose para ser degradada em CO e H O;
Sintetizar ATP com ou sem oxigênio;
Utilização de intermediários em processos biossintéticos.
Sendo assim, podemos representar o processo da Glicólise com a seguinte fórmula:
2 2
Glicose + 2ADP + 2Pi + 2NAD+  2Piruvato + 2ATP + 2NADH + 2 H + 2H O+ 2
2
Ciclo de Krebs
O ciclo de Krebs, também chamado de ciclo do ácido cítrico, é um conjunto de oito reações ocorrente na matriz mitocondrial.
 Ciclo de Krebs.
Atenção! Aqui existe uma videoaula, acesso pelo conteúdo online
 Ciclo de Krebs.
Este processo visa a produção de substratos que serão desidrogenados e descarboxilados, através da degradação de grupos
acetil.
3
Cadeia respiratória
É o conjunto de substâncias presentes nas cristas da membrana interna da mitocôndria, onde ocorrem reações de óxido redução,
fornecendo a energia necessária para a síntese do ATP, ocorrendo também a formação de H O.
Composta por:
Quatro complexos proteicos I a IV;
Duas moléculas conectoras móveis, a coenzima Q (ubiquinona) e o Citocromo C (Cyt c).
2
 Cadeia respiratória. (Fonte: DOCPLAYER <https://docplayer.me/42226742-Medisin-stadium-1a-geir-slupphaug-ikm-sitronsyresyklus.html> )
Transporta elétrons desde o NADH e o FADH até o O e simultaneamente bombeia prótons H (nos complexos proteicos I, III e
IV) da matriz mitocondrial (lado negativo, N) para o espaço intermembrana (lado positivo, P) conforme a imagem.
2 2
+
4
Fosforilação Oxidativa
É o processo metabólico de síntese de ATP a partir da energia liberada pelo transporte de elétrons na cadeia respiratória.
https://docplayer.me/42226742-Medisin-stadium-1a-geir-slupphaug-ikm-sitronsyresyklus.html
 Fosforilação oxidativa.
Atenção! Aqui existe uma videoaula, acesso pelo conteúdo online
Este processo depende de dois fatores:
Energia livre
Obtida do transporte de elétrons
ATP sintase
Enzima transportadora
 (Fonte: Wikipedia <https://pt.wikipedia.org/wiki/ATP_sintase#/media/File:Atp_synthase_pt.png> ).
A enzima ATPsintase ou ATPase está distribuída em duas frações funcionais:
Fração F0
Atua como um canal de prótons através da membrana mitocondrial interna.
https://pt.wikipedia.org/wiki/ATP_sintase#/media/File:Atp_synthase_pt.png
Fração F1
Ligada à membrana mitocondrial interna pela fração F0, possui atividade de síntese de ATP. Quando dissociada da fração F0,
possui apenas capacidade de hidrolisar ATP.
Saiba mais
Para saber mais sobre respiração celular, assista ao video “The mitochondria in 3 acts <https://www.youtube.com/watch?
v=cLYtmjOAvPA&feature=player_embedded> ”.
Atividade
1. Assinale a alternativa que não corresponde a uma função da Glicólise.
a) Sintetizar ATP a partir de ácidos graxos.
b) Preparar a glicose para ser degradada em CO e H O.2 2
c) Utilização de intermediários em processos biossintéticos.
d) Sintetizar ATP com ou sem oxigênio.
2. No Ciclo de Krebs ocorrem quantas reações na membrana mitocondrial?
a) 6
b) 8
c) 7
d) 9
3. Preencha corretamente as lacunas:
A Cadeia Respiratória é o conjunto de substâncias presentes nas cristas da membrana digite a resposta da mitocôndria,
onde ocorrem reações de digite a resposta , fornecendo a energia necessária para a síntese do ATP, ocorrendo também
a formação de digite a resposta .
https://www.youtube.com/watch?v=cLYtmjOAvPA&feature=player_embedded
4. Sobre Fosforilação oxidativa, marque a a�rmativa falsa.
a) Este processo depende de dois fatores, a energia livre obtida do transporte de elétrons e uma enzima transportadora.
b) Processo metabólico de síntese de ATP a partir da energia liberada pelo transporte de elétrons na cadeia respiratória.
c) A enzima de transporte está distribuída em 2 frações funcionais.
d) A enzima transportadora de elétrons é chamada de ADPase.
Metabolismo intermediário
Após a ingestão dos alimentos, em um período posterior,
(estado alimentado), devido ao a�uxo abundante de nutrientes,
há o predomínio dos  processos anabólicos sobre os
catabólicos.
No organismo, havendo um ambiente hormonal em que há
predomínio das ações da insulina sobre as do glucagon, o
a�uxo de glicose determina a captação de glicose e sua
fosforilação. A glicose-6-fosfato serve como substrato para a
síntese de glicogênio ou sofre glicólise, cujo produto �nal, o
piruvato, dá origem ao acetil-CoA, que entra no ciclo de Krebs
para a produção de ATP. Em condições de anaerobiose, o
piruvato produz lactato.
 Resumo da glicólise.
A insulina apresenta efeitos, predominantemente anabolizantes, viabilizando a síntese de glicogênio e de ácidos graxos, bem
como a captação de aminoácidos e a síntese proteica. Efeitos anti-catabolisantes da insulina incluem a diminuição da
glicogenólise, da cetogênese, da lipólise, do catabolismo proteico e da gliconeogênese.
Respiração celular
As imagens a seguir ilustram o Ciclo de Krebs:
C H O + 60 ⇢ 6CO + 6H O + ENERGIA6 12 6 2 2 2
 Esquema geral de detalhes do ciclo de Krebs. (Fonte: snapgalleria / Shutterstock).
Resumo geral
 Esquema geral.  Esquema mais detalhado.
Observe o esquema simpli�cado do processo de respiração celular.
Clique nos botões verdes para ver as informações.
 Processo de respiração celular.
Fermentação
A fermentação e a respiração aeróbia são duas vias possíveis de degradação dos compostos orgânicos – vias catabólicas – que
permitem às células retirar energia química desses compostos.
Quanto à fermentação, os seres são classi�cados em:
Anaeróbios obrigatórios
Os seres vivos mais primitivos, como algumas
bactérias, que utilizam a fermentação como único
processo de obtenção de energia.
×
Anaeróbios facultativos
Seres vivos como as leveduras ou as células
musculares de diversos animais (incluindo o
Homem) têm a capacidade de retirar maior
quantidade de energia a partir dos compostos
orgânicos, utilizando o oxigênio neste processo
catabólico. Contudo, na ausência deste gás, estes
seres podem usar a fermentação como via
energética alternativa.
Existem etapas comuns à fermentação e à respiração aeróbia e outras que são diferentes.
A imagem a seguir ilustra os processos de fermentação e respiração aeróbia.
Vários organismos, particularmente microrganismos que vivem em meios onde o oxigênio está quase ou completamente
ausente, obtêm energia por processos anaeróbios, sendo a fermentação uma via catabólica que ocorre nestas condições.
Existem vários tipos de fermentação. Consideraremos apenas a fermentação alcoólica, que pode ocorrer nas leveduras, e a
fermentação lática, efetuada, por exemplo, por bacilos láticos.
A fermentação é um processo simples e mais primitivo de obtenção de energia.
A fermentação ocorre no hialoplasma das células e compreende duas etapas:
1 Glicólise, conjunto de reações que degradam a glicose até piruvato.
2
Redução do piruvato, conjunto de reações que conduzem à formação
dos produtos da fermentação.
Glicólise: etapa comum à fermentação e à respiração aeróbiaA molécula de glicose é quimicamente inerte. Assim, para que a sua degradação se inicie, é necessário que esta seja ativada
através da energia fornecida pelo ATP.
Segue-se um conjunto de reações que levam à degradação da glicose até ácido pirúvico, com formação de ATP e NADH.
A glicólise compreende uma fase de ativação durante a qual é fornecida energia à glicose para que esta se torne quimicamente
ativa e dê início ao processo de degradação. Assim:
A glicose é fosforilada por 2 ATP, formando-se frutose-difosfato;
A frutose-difosfato se desdobra em duas moléculas de aldeído fosfoglicérico (PGAL).
Segue-se uma fase de rendimento durante a qual, a oxidação dos compostos orgânicos permite libertar energia que é utilizada
para formar ATP. Dessa forma:
O PGAL é oxidado, perdendo 2 hidrogênios (2e- + 2H+), os quais são utilizados
para reduzir a molécula de NAD+, formando-se NADH + H+.
Formam-se 4 moléculas de ATP.
Após estas reações, forma-se ácido pirúvico (ou piruvato), uma molécula que
contém, ainda, uma elevada quantidade de energia química.
No �nal da glicólise, restam:
2
Moléculas
de NADH
2
Moléculas
de ácido pirúvico
2
Moléculas de ATP
Formam-se 4, mas 2 são gastas na ativação da glicose.
O rendimento energético da glicólise é muito pequeno comparado com a energia total da glicose.
Duas moléculas de ATP correspondem apenas a cerca de 14 kcal/mole, enquanto que se a glicose em laboratório for
completamente oxidada formando H O e CO , liberta, sob a forma de calor, 686 kcal/mole.
Assim, as moléculas de ATP formadas diretamente na glicólise representam apenas cerca de 2% da energia total da glicose. São
as duas moléculas de NADH, e especialmente as duas moléculas de ácido pirúvico, que contêm a maior parte da energia química
inicialmente proveniente na glicose.
O aproveitamento da energia contida no ácido pirúvico depende da organização estrutural das células e da existência ou não de
oxigênio no meio.
A redução do ácido pirúvico (piruvato), em condições de anaerobiose, faz-se pela ação do NADH, formado durante a glicólise, e
pode conduzir à formação de diferentes produtos. Assim, existem vários tipos de fermentação, cujas designações indicam o
produto �nal: fermentação alcoólica (álcool etílico), fermentação láctica (ácido láctico), fermentação acética (ácido acético) e
fermentação butírica (ácido butírico).
Dada a sua relevância econômica e frequência de ocorrência, destacaremos:
2 2
Clique nos botões para ver as informações.
Os produtos �nais da fermentação alcoólica e da fermentação láctica diferem em função das reações que ocorrem a partir
do ácido pirúvico.
Na fermentação alcoólica, o ácido pirúvico, resultante da glicólise, composto com 3 C, experimenta uma descarboxilação,
libertando-se CO e originando um composto com 2 C, aldeído acético, o qual, por redução origina etanol (álcool etílico)
composto com 2 C.
Essa redução é devida a uma transferência de hidrogênios do NADH formado durante a glicólise, o qual �ca então na sua
forma oxidada, o NAD+, podendo ser de novo reduzido.
O rendimento energético da fermentação alcoólica é de 2ATP formados durante a glicólise. Grande parte da energia da
glicose permanece no etanol, um composto orgânico altamente energético.
A fermentação alcoólica é realizada por diversas células, sendo aplicada na indústria de produção do álcool. As leveduras do
gênero Saccaromyces são utilizadas na produção de vinho, de cerveja e de pão. No caso do vinho e da cerveja, interessa,
sobretudo, o álcool resultante da fermentação. No caso da indústria de pani�cação, é o dióxido de carbono que interessa. As
bolhas deste gás contribuem para levedar a massa, tornando o pão leve e macio.
Fermentação alcoólica 
2
Na fermentação lática, o ácido pirúvico experimenta uma redução ao combinar-se com o hidrogênio transportado pelo
NADH que se forma durante a glicólise. Origina-se, assim, ácido láctico composto com 3 C, tendo sido reciclado o NAD+,
livre, então, para outras reações de oxirredução.
O rendimento energético na fermentação láctica é também de 2 ATP sintetizados durante a glicólise. Tal como o etanol, o
ácido láctico é uma molécula rica em energia.
A fermentação láctica é efetuada por diversos organismos, alguns dos quais são utilizados na indústria alimentar,
nomeadamente, no sector dos lacticínios.
O ácido láctico altera o PH do meio, sendo por isso responsável pela coagulação das proteínas – processo fundamental para
o fabrico de derivados do leite, como o iogurte.
Em caso de exercício físico intenso, as células musculares humanas, por não receberem oxigênio em quantidade su�ciente,
podem realizar fermentação láctica, além da respiração aeróbia. Desta forma, conseguem sintetizar uma quantidade
suplementar de moléculas de ATP.
A acumulação de ácido láctico nos músculos é responsável pelas dores musculares que surgem durante estes períodos de
intenso exercício. O ácido láctico, assim formado, é rapidamente metabolizado no fígado, sob pena de se tornar altamente
tóxico para o nosso organismo.
Fermentação láctica 
Rendimento energético da fermentação e da respiração
O ATP é produzido no hialoplasma de todas as células durante o processo glicolítico, comum à fermentação e à respiração
aeróbias. É também produzido ao nível das mitocôndrias, por via aeróbia, em reações do ciclo de Krebs, na matriz, e ainda devido
ao transporte de elétrons ao nível das cadeias respiratórias, situadas na membrana interna.
Os produtos �nais da respiração, CO e H O, são moléculas simples com pouca energia potencial, ao contrário do etanol, produto
�nal da fermentação alcoólica, que é um composto de elevada energia potencial.
Durante a fermentação sintetizam-se quatro moléculas de ATP na fase glicolítica, mas, como são utilizadas duas moléculas de
ATP na ativação da glicose, o rendimento é de duas moléculas de ATP.
Na respiração aeróbia, para além das duas moléculas de ATP, como rendimento da glicólise, sintetizam-se mais 36 ou 34
moléculas, devido aos processos que ocorrem após a formação do ácido pirúvico. No total produzem-se moléculas de ATP.
2 2
Fermentação Respiração aeróbia
Rendimento energético em termos de moléculas de ATP
Fermentação
Estrutura
ATP
Formado Mobilizado
CITOSOL 4 2
SALDO 2 ATP
Respiração aeróbia
Estrutura
ATP
Formado Mobilizado
CITOSOL 4 2
MITOCÔNDRIA
Matriz 2 -----
Membrana interna 32 -----
SALDO 36 ATP (2 + 2 + 32)
Sabendo que na síntese de uma molécula de ATP se transferem cerca de 7 kcal, as células, na fermentação, aproveitam cerca de
14 kcal da energia potencial da glicose, sendo o rendimento energético de cerca de 2%. Da energia restante, uma parte �ca retida
nos produtos �nais e outra é liberada sob a forma de calor.
Na respiração aeróbia a e�cácia do processo é muito superior. Assim, 38 ATP 7 kcal = 266 kcal. O rendimento energético é de
cerca de 40%.
Os cálculos anteriores suscitam alguma controvérsia. Essa controvérsia relaciona-se com o NADH formado na glicólise. Esse
NADH, originado fora da mitocôndria, é incapaz de transpor a membrana mitocondrial, transferindo os seus elétrons através da
membrana. O processo de transferência dos elétrons pode variar, o que vai afetar a quantidade de moléculas de ATP que se
formam na cadeia transportadora. Assim, poderão constituir-se dois ou três ATP. Se formarem apenas dois ATP, o saldo �nal,
dado que se trata de duas moléculas de NADH nessas condições, será de 36 ATP e não 38 ATP.
Atividade
5. Qual é a ordem das etapas da respiração celular?
6. O processo fermentativo energeticamente representa digite a resposta produção de energia quando comparado com
a respiração aeróbia. Os tipos de fermentação mais estudados são digite a resposta e o digite a resposta . A
via comum dos processos aeróbio e anaeróbio é a etapa denominada digite a resposta .
1. Glicólise
Ocorre no hialoplasma (citosol) e consiste na quebra parcial da glicose em duas moléculas de ácido pirúvico.
2. Ciclo de Krebs ou ciclo do ácido cítrico
O ácido pirúvico, formado no hialoplasma,penetra na mitocôndria, perde CO e sob a ação das descarboxilases (enzimas),
converte-se em aldeído acético, que combina-se com o ácidooxalacético, iniciando o ciclo.
2
3. Cadeia respiratória
Ocorre na membrana interna da mitocôndria. Os átomos de hidrogênio retirados pelo NAD das cadeias de carbono durante a
glicólise e o ciclo de Krebs são transportados por várias moléculas até o oxigênio, formando água e ATP.
Próxima aula
Metabolismo energético de biomoléculas.
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