BIOL Aula 5 - Respiração celular

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BIOLOGIA (CITOLOGIA)
PROFª. MS. LILIAN FRANÇA WALLERSTEIN
Respiração Celular
 ATP e ADP
 Estrutura das mitocôndrias
 Metabolismo energético:
Respiração anaeróbica e aeróbica
 Fadiga muscular
 Músculos estriados tipo I e tipo II
4
Leitura Recomendada
 Capítulo 9 do livro do De Roberts, Hib & Ponzio:
Mitocôndrias, Peroxissomas
 Biologia Celular e Molecular, Editora Guanabara Koogan,
Rio de Janeiro, 2008 14ª edição
Relembrando: formação do ATP
Relembrando: formação do ATP
MITOCÔNDRIA
Mitocôndria: conceitos básicos
 São as organelas denominadas “usinas geradoras de
energia” das células eucariontes;
 Elas se localizam no citoplasma da célula;
 Possuem DNA próprio*;
 Possuem em média, 3nm de cumprimento por 0,5nm de
diâmetro;
 Normalmente, se localizam próximo das regiões de
consumo de energia
(De Robertis, Hib & Ponzio, 2008).
Mitocôndria: conceitos básicos
 Retiram a energia depositada nos alimentos e
transferem para o ADP, produzindo ATP.
 O ATP sai da mitocôndria e se difunde para toda a
célula para que esta possa realizar todas as suas
funções
 A remoção da energia do ATP reconstitui o ADP, que
volta para a mitocôndria para receber uma nova
“carga” de energia
(De Robertis, Hib & Ponzio, 2008).
Mitocôndria: conceitos básicos
 Formada por DUAS membranas:
 Membrana externa é lisa e controla a entrada/saída de
substâncias da organela
 Membrana interna contém inúmeras pregas chamadas
cristas mitocondriais, onde ocorre a cadeia
transportadora de elétrons
 A cavidade interna é preenchida por uma matriz
viscosa, onde podemos encontrar várias enzimas
envolvidas com a respiração celular, DNA, RNA e
pequenos ribossomos.
 É na matriz mitocondrial que ocorre o ciclo de Krebs
(De Robertis, Hib & Ponzio, 2008).
Mitocôndria: estrutura
PARTES DA MITOCÔNDRIA:
 MATRIZ MITOCONDRIAL
 CRISTA MITOCONDRIAL
 MEMBRANA INTERNA
 MEMBRANA EXTERNA
(De Robertis, Hib & Ponzio, 2008).
Metabolismo energético: tipos
(De Robertis, Hib & Ponzio, 2008).
Glicose  ácido lático + 2 ATP
Fermentação Lática
Glicose  álcool etílico + CO2 + 2 ATP
Fermentação Alcoólica
Glicose + O2  CO2 + H2O + 36 ou 38 ATP
Respiração
Na ausência de 
oxigênio: 
ANAERÓBIO
Na presença de 
oxigênio: 
AERÓBIO
Metabolismo energético: FERMENTAÇÃO
 É o processo de degradação incompleta de
substâncias orgânicas com liberação de energia
 Realizada principalmente por fungos e bactérias
 Existem diversos tipos de fermentação, que variam
quanto ao produto final
 Fermentação Alcóolica
 Fermentação Lática
(De Robertis, Hib & Ponzio, 2008).
FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA
 Produtos finais: ETANOL, CO2 e 2 ATPs
 Realizada por leveduras: produção pouco eficaz de
energia (apenas 2 ATPs)
 Em escala industrial o objetivo é produzir o etanol e não
ATP
 Metabolismo ANAERÓBIO, rudimentar, que viabilizou a
vida dos primeiros organismos procariontes
(De Robertis, Hib & Ponzio, 2008).
Glicose  álcool etílico + CO2 + 2 ATP
Fermentação Alcoólica
FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA
 UTILIZAÇÃO PELO HOMEM:
(De Robertis, Hib & Ponzio, 2008).
FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA
 UTILIZAÇÃO PELO HOMEM:
FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA
FERMENTAÇÃO LÁTICA
 Produtos finais: ÁCIDO LÁTICO e 2 ATPs
 Realizada por bactérias (leite) e também pelo músculo
esquelético na ausência de O2 em grandes esforços
físicos
 Em escala industrial o objetivo é produzir iogurtes e
derivados e não ATP
 Metabolismo ANAERÓBIO LÁTICO, rudimentar, que
viabilizou a vida dos primeiros organismos procariontes
(De Robertis, Hib & Ponzio, 2008).
Glicose  ácido lático + 2 ATP
Fermentação Lática
FERMENTAÇÃO LÁTICA
 UTILIZAÇÃO PELO HOMEM:
FERMENTAÇÃO LÁTICA
Metabolismo energético: RESPIRAÇÃO
 É o processo pelo qual a GLICOSE é degradada
completamente na PRESENÇA de oxigênio
 Produtos finais: CO2 ,H2O e ATPs
 A produção de energia é MUITO MAIOR que os outros
processos: 36 a 38 ATPs
 É realizado por todos os organismos AERÓBIOS
 Composta por DUAS fases
(De Robertis, Hib & Ponzio, 2008).
Glicose + O2  CO2 + H2O + 36 ou 38 ATP
Respiração
RESPIRAÇÃO AERÓBIA: fases
1ª FASE: anaeróbia (GLICÓLISE)
 Igual à FERMENTAÇÃO LÁTICA
 Realizada no CITOPLASMA da célula
 Produto final: ÁCIDO PIRÚVICO (3C)
 Glicose (6C) – Ácido Pirúvico(3C) – 2ATPs
(De Robertis, Hib & Ponzio, 2008).
CICLO DE KREBS
RESPIRAÇÃO AERÓBIA: fases
2ª FASE: aeróbia (CICLO DE KREBS)
 Realizada na matriz mitocondrial (presença da piruvato
desidrogenase)
 Produto final: CO2, H2O e 38 ATP
 Glicose (6C) – Ácido Pirúvico(3C) – Acetil CoA(2C)
(De Robertis, Hib & Ponzio, 2008).
CICLO DE KREBS
RESPIRAÇÃO AERÓBIA: fases
2ª FASE: aeróbia (CICLO DE KREBS)
 Durante a descarboxilação oxidativa, é gerada energia
suficiente para formar um NADH para cada grupo
acetila produzido.
 Os NADHs são oxidados gradualmente na cadeia
transportadora de elétrons (cadeia respiratória) e a
energia dessas moléculas é transferida para os ADPs,
gerando muitas moléculas de ATP.
(De Robertis, Hib & Ponzio, 2008).
Fontes Energéticas
 Existem três formas de reposição/síntese de ATP:
 Sistema ATP/CP (fosfocreatina) – anaeróbio e alático
 Glicólise – anaeróbio lático
 Sistema oxidativo – aeróbio
Fontes Energéticas: ATP/CP
Miosina ATPase
ATPsintase
Os três tipos de metabolismo
BIOLOGIA (CITOLOGIA)
PROFª. MS. LILIAN FRANÇA WALLERSTEIN
Respiração Celular
 ATP e ADP
 Estrutura das mitocôndrias
 Metabolismo energético:
Respiração anaeróbica e aeróbica
 Fadiga muscular
 Músculos estriados tipo I e tipo II
4
Literatura Recomendada:
 Capítulo 19 do Livro do McArdle, Katc & Katch:
Controle Neural do Movimento Humano.
 Fisiologia do Exercício, Editora Guanabara
Koogan, Rio de Janeiro, 1998 4ª Edição.
 UM DOS MELHORES LIVROS DE FISIOLOGIA DO
EXERCÍCIO.
Fadiga Muscular
Literatura Recomendada:
 Capítulo 6 do Livro do Guyton: Nervos, Potenciais de
Membrana e Transmissão Nervosa
 Capítulo 7 do Livro do Guyton: Anatomia Funcional e
Contração do Músculo (não precisa ler a parte de
músculo liso)
 Fisiologia Humana Guanabara Koogan, Rio de
Janeiro, 1988.
 LEITURA FUNDAMENTAL!!!
Fadiga Muscular
Fadiga Muscular
 “Fadiga é definida como o declínio na capacidade de
gerar tensão muscular com a estimulação repetida. A
fadiga das unidades motoras é resultante de muitos
fatores, cada um dos quais está relacionado à
demandas específicas do exercício que produz.
 Esses fatores podem interagir de uma maneira que
acaba afetando tanto a contração quanto a excitação,
ou ambas”.
(McArdle, Katch & Katch, 1998).
Fadiga Muscular – Unidade Motora
Fadiga Muscular – Unidade Motora
 A unidade funcional do movimento é a unidade motora
(UM);
 A UM consiste em um motoneurônio (MN) e das fibras
musculares inervadas por ele. Em geral, cada fibra
muscular recebe inervação de um único MN, porém o
MN pode inervar muitas fibras musculares, pois a
extremidade terminal de um axônio forma numerosos
ramos.
 Algumas UMs contêm até 3.000 fibras musculares.
(McArdle, Katch & Katch, 1998).
Fadiga Muscular – Unidade Motora
Liberação de ACETILCOLINA na fenda
sináptica. Esta, por sua vez, atua na MP da
célula muscular, aumentando sua
permeabilidade ao Na+, que entrará
abundantemente na célula muscular, que
aumenta as cargas +, DESPOLARIZANDO
a membrana do músculo,
PRODUZINDO UM POTENCIAL DE
AÇÃO que se propaga por toda a
célula muscular, GERANDO A
CONTRAÇÃO.
Fadiga Muscular - Motoneurônio
Fadiga Muscular - Motoneurônio
Fadiga Muscular – componentes
 “As contrações dos músculos voluntários possuem
quatro componentes principais. São eles, em ordem
de hierarquia do sistema nervoso:
1. Sistema nervoso central.
2. Sistema nervoso periférico.
3. Junção neuromuscular.
4. Função da fibras musculares.
 A fadiga ocorrerá se a cadeia de eventos for
interrompida entre o sistema nervoso central e a fibra
muscular, seja qual for a razão”.
(McArdle,Katch & Katch, 1998).
Fadiga Muscular – causas
 Carência de nutrientes (glicogênio) – em exercício
submáximo prolongado, mesmo com bastante
oxigênio;
 Falta de oxigênio em exercício máximo de curta
duração, o que leva ao acúmulo de ácido lático
sanguíneo e muscular (excesso de H+: diminuição da
produção de ATP pela via glicolítica – as enzimas estão
menos ativas, distúrbios iônicos, distúrbios no sistema
de túbulos que transmitem o impulso);
(McArdle, Katch & Katch, 1998).
Fadiga Muscular – causas
 A interrupção do fluxo sanguíneo para o músculo em
contração causa fadiga muscular quase completa em
um minuto, mesmo quando o músculo não está muito
ativo devido à perda óbvia de nutrientes;
 Na junção neuromuscular quando o potencial de ação
não consegue passar no MN para a fibra muscular. O
mecanismo preciso para essa “fadiga neural” ainda é
desconhecido.
 Sabe-se que no exercício máximo, quando todas as
UMs estão ativadas ao máximo, a fadiga é acompanhada
por uma queda da atividade neural (medida por
eletromiografia EMG) (McArdle, Katch & Katch, 1998; Guyton, 1988).
Músculo Esquelético Estriado –
tipos de fibras musculares
Literatura Recomendada:
 Capítulo 18 do Livro do McArdle, Katc & Katch:
Músculo Esquelético – estrutura e função.
 Fisiologia do Exercício, Editora Guanabara
Koogan, Rio de Janeiro, 1998 4ª Edição.
 UM DOS MELHORES LIVROS DE FISIOLOGIA DO
EXERCÍCIO.
Músculo Esquelético: níveis de organização
CÉLULA 
MUSCULAR
= 
FIBRA 
MUSCULAR
75% água
20% proteína
5% sais minerais 
e outros
Músculo Esquelético: níveis de organização
 EPIMÍSIO: envolve todo o músculo. Se afunila na sua
extremidade distal, misturando-se e unindo-se às
bainhas do tecido intramuscular para formar os
tendões;
 PERIMÍSIO: envolve cada feixe ou fascículo muscular;
 Feixe ou fascículo é o conjunto de várias fibras
musculares (até 150 fibras).
 ENDOMÍSIO: envolve cada fibra muscular, separando-a
das vizinhas.
(McArdle, Katch & Katch, 1998).
Músculo Esquelético: níveis de organização
 Cada fibra muscular é formada por unidades
funcionais menores paralelas ao eixo longitudinal da
fibra. São as MIOFIBRILAS.
 As miofibrilas, por sua vez, são formadas por
MIOFILAMENTOS também paralelos ao eixo
longitudinal da fibra.
 ACTINA
 MIOSINA
 TROPOMIOSINA – ao longo da actina
 TROPONINA – na actina
(McArdle, Katch & Katch, 1998).
Músculo Esquelético: níveis de organização
85% dos miofilamentos
SARCÔMERO:
A unidade funcional do sistema neuromuscular
 SARCOLEMA: membrana fina e elástica que envolve o
conteúdo da fibra muscular. É composta por uma MP
(plasmalema) e uma membrana basal. Entre elas estão
as células satélites.
 CÉLULAS SATÉLITES: importante função no
crescimento celular regenerativo e na recuperação
após uma lesão.
 SARCOPLASMA: citoplasma da fibra muscular, contém
enzimas, partículas de gordura e de glicogênio, os
núcleos (250 por mm de comprimento de fibra), as
mitocôndrias, o retículo sarcoplasmático, etc.
(McArdle, Katch & Katch, 1998).
Músculo Esquelético: níveis de organização
 RETÍCULO SARCOPLASMÁTICO (RS): rede de
cisternas do REliso que envolve os feixes de
miofilamentos, altamente especializado, armazenador
de Ca2+, que permite a propagação rápida da onda de
despolarização da superfície externa da fibra para o
meio ambiente interno, a fim de iniciar a contração
muscular.
 TÚBULOS T: túbulos transversos à fibra muscular, que
se abrem externamente. Dois túbulos + uma vesícula
de RS = TRÍADE.
(McArdle, Katch & Katch, 1998).
Músculo Esquelético: níveis de organização
 A TRÍADE funciona como uma rede
microtransportadora para a disseminação do potencial
de ação (onda de despolarização) da membrana
externa da fibra para as regiões mais profundas da
célula muscular. Liberando o Ca2+ para “ativar” os
filamentos de actina. A contração começa quando os
filamentos de miosina são atraídos para os locais ativos
da actina. Quando a excitação elétrica cessa
(polarização), o Ca2+ é captado, e o músculo relaxa.
(McArdle, Katch & Katch, 1998).
Músculo Esquelético: níveis de organização
 Dois tipos de fibras musculares de acordo com suas
características contráteis e metabólicas.
 FIBRAS DO TIPO I: LENTAS
 FIBRAS DO TIPO II: RÁPIDAS
(McArdle, Katch & Katch, 1998).
Músculo Esquelético: tipos de fibras
 Velocidade de contração LENTA, o ATP é ressintetizado
predominantemente através do metabolismo aeróbio.
 Liberação e captação do Cálcio lenta;
 Muitas mitocôndrias grandes e muita mioglobina: são
VERMELHAS;
 Produzem POUCA força;
 RESISTENTES À FADIGA: apropriadas ao exercício
aeróbio prolongado.
(McArdle, Katch & Katch, 1998).
Músculo Esquelético: fibras do tipo I
(McArdle, Katch & Katch, 1998).
Músculo Esquelético: fibras do tipo II
 Velocidade de contração RÁPIDA, o ATP é
ressintetizado predominantemente através dos
sistemas ATP/CP e glicolítico.
 Liberação e captação do Cálcio rápida;
 Poucas mitocôndrias e pouca mioglobina: são menos
vermelhas: BRANCAS;
 Produzem MUITA força;
 FADIGAM RÁPIDO: apropriadas ao exercício anaeróbio
de curta duração.
4º BLOCO:
Respiração Celular
ENCERRADO
Dúvidas???