Aula 4 - Conversão de energia nas células mitocôndrias e cloroplastos

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Geração de energia em 
mitocôndrias e cloroplastos 
DISCIPLINA: BIOLOGIA CELULAR
Prof: Ana Paula de L.F.Matta
Itaperuna, Abril de 2013
Objetivos da Aula
1. Compreender como as células obtém energia a
partir dos alimentos.
2. Identificar como ocorre a conversão de energia
baseada em membranas.
3. Diferenciar local de ocorrência, substratos e
produtos resultantes de cada etapa da respiração
celular e fotossíntese.
4. Diferenciar mitocôndrias e cloroplastos do
ponto de vista estrutural e funcional.
Mitocôndrias: Respiração celular
Cloroplastos: Fotossíntese
Geração de energia
Surgimento das mitocôndrias: Teoria endossimbiótica
Relembrando...
Alberts et al., 2011
Surgimento dos cloroplastos: Teoria endossimbiótica
Alberts et al., 2011
Relembrando...
Mitocôndrias (do grego mito: filamento e chondrion: grânulo)
Cilindros rígidos e alongados, com diâmetro de 0,5 a 1µm 
de comprimento, assemelham-se a bactérias. 
Estrutura da mitocôndria
Estrutura da mitocôndria
Músculo cardíaco Cauda do espermatozóide
Localização das mitocôndrias
Alberts et al., 2011
Como as células obtêm energia dos alimentos
Energia
Ligações químicas 
das moléculas 
de alimento
Combustível para 
a célula
Digestão
Alberts et al., 2011
Glicólise: Ocorre no citosol (fora da mitocôndria).
Substratos: ?
Produtos formados: ?
Ciclo de Krebs: Ocorre na matriz mitocondrial.
Substratos: ?
Produtos formados: ?
Fosforilação oxidativa: Ocorre nas cristas mitocondriais.
Substratos: ?
Produtos Formados: ?
Fases da Respiração Celular
A oxidação em 
etapas dos açúcares
começa com a glicólise
Quebra do açúcar
Ausência de O2
Produção de 2 ATP
Alberts et al., 2011
“Provavelmente esse processo 
surgiu muito cedo na história da 
vida”.
Fermentação
Rota metabólica anaeróbica produtora de energia na qual 
o piruvato produzido pela glicólise é convertido, por 
exemplo, em lactato ou etanol, com a conversão de NADH 
em NAD+
Lática Alcoólica
Degradação parcial da glicose
Fermentação lática
Realizada por algumas bactérias, alguns protozoários e fungos
e por células do tecido muscular.
Fermentação alcoólica
Realizada por algumas bactérias e fungos (leveduras
Ex: Sacchoromyces cerevisiae).
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Vias de produção de acetil CoA a partir de açúcares 
e gorduras
Nas células eucarióticas, a mitocôndria é o local onde a acetil CoA é 
produzida a partir desses dois tipos principais de moléculas dos 
alimentos. 
Alberts et al., 2011
Alberts et al., 2011
Ciclo do ácido cítrico
Ciclo dos ácidos tricarboxílicos
Ciclo de Krebs
Elucidado por Hans Adolf Krebs – 1937
Prêmio Nobel - 1953
Ciclo do ácido cítrico
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Oxidação completa 
dos átomos de 
carbono da 
acetil-CoA
A cadeia respiratória inclui três grandes complexos 
enzimáticos embebidos na membrana interna
Cada um dos complexos atua como uma bomba transportadora de elétrons 
movida por H+
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Mecanismo geral da fosforilação oxidativa
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Rota utilizada pela mitocôndria: 
envolve 2 estágios principais
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Alberts et al., 2011
Estágios finais da oxidação das moléculas de alimento
As moléculas de NADH e de FADH2 são produzidas pelo ciclo do ácido cítrico. Esses carreadores ativados
doam elétrons de alta energia que vão ser usados para reduzir O2 em água. A maior parte da energia liberada
durante essas transferências de elétrons, que ocorrem na cadeia transportadora de elétrons na membrana
interna da mitocôndria (ou na membrana plasmática de bactérias), é atrelada à síntese de ATP: daí o nome
fosforilação oxidativa.
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Estrutura do cloroplasto
Alberts et al., 2011
Desenvolvimento de plastídeos
Protoplastídeo
Plastídeo de
Armazenamento
Cromoplasto
Cloroplasto
Armazena óleo, 
gordura ou amido Armazena 
pigmentos
Realiza 
fotossíntese
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Mitocôndria X Cloroplasto
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Reações de fotossíntese em 
um cloroplasto
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Reações de fotossíntese em 
um cloroplasto
A água é oxidada e o O2 é liberado nas reações
fotossintetizantes de transferência de elétrons,
enquanto o CO2 é assimilado (fixado) par produzir
açúcares e várias outras moléculas orgânicas na
fixação do carbono.
Reações de fotossíntese em 
um cloroplasto
1. Reação de transferência de elétrons 
Fotossistemas
Complexo da 
antena
Centro de 
reação
Cadeia transportadora 
de elétrons
Fotossistemas: catalisam a conversão de energia 
luminosa em uma forma de energia utilizável
Alberts et al., 2011
Fluxo de elétrons durante 
a fotossíntese 
Alberts et al., 2011
Fluxo de elétrons durante 
a fotossíntese 
Luz solar – Fotossistema II – complexo da antena – centro de reação
Elétron (H2O gerando O2)
Cadeia transportadora de elétrons
Bombeamento de H+
Síntese de ATP e NADPH
Fotossistema I
2. Reação inicial de fixação 
do carbono (Ciclo de Calvin)
Alberts et al., 2011Reação descoberta em 1948
Reação catalisada no estroma do cloroplasto pela RUBISCO = 
mais de 50% ptns totais do cloroplasto
O ciclo de fixação do carbono
(Ciclo de Calvin)
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3CO2 + 9ATP + 6NAPH + água
gliceraldeído 3-fosfato + 8Pi +9ADP + 6 NADP
+
Reação simplificada
do Ciclo de Calvin
Açúcares, ácidos graxos aminoácidos
Portanto, tanto a energia de ligação de fosfato (na forma de ATP) quanto
a força redutora (na forma de NADPH) são necessários para a formação
de moléculas orgânicas a partir de CO2 e água.
Reações de fotossíntese em um cloroplasto
Cloroplasto
FII
LUZ
NADP+ NADH
Nos vegetais, cloroplastos e mitocôndrias colaboram
para suprir as células de metabólitos e ATP
Alberts et al., 2011
ATP utilizado pela planta para seu metabolismo geral, sendo sintetizado pela
mitocôndria da mesma forma que nas células animais e em outros organismos
não fotossintéticos.
Respiração celular Fotossíntese
Consome O2 Produz O2
Produz CO2 Consome CO2
ATP exportado para o 
citosol para realizar as 
atividades celulares
ATP utilizado dentro do 
cloroplasto para a síntese de 
carboidratos
O2: Aceptor final de elétrons NADPH: Aceptor final de 
elétrons