Descrever o processo de obtenção de energia a partir do carboidrato (glicólise aeróbia, ciclo de Krebs, cadeia respiratória e fosforilação oxidativa)

Prévia do material em texto

Descrever o processo de obtenção de energia a partir do carboidrato 
(glicólise aeróbia, ciclo de krebs, cadeia respiratória e fosforilação 
oxidativa) 
GLICÓLISE AERÓBIA: molécula de glicose é quebrada em 2 de piruvato, e ,durante esse processo, são gastos 2 ATPs e 
produzidos 4, resultando em um saldo líquido de 2ATPs. Também inicia a oxidação da glicose (perda de hidrogênios e 
elétrons da glicose que serão passados para o NAD+, que ao receber esses 2, se converte em NADH), que gera 2NADH. 
Ocorrem 10 reações.
obs.: toda vez que uma enzima chamar “cinase” ou “cnase”, será uma enzima que transfere fosfato de uma molécula para outra. 
Primeira reação: a glicose é catalisada pela enzima hexocinase, quebrando 1ATP (gasto do primeiro ATP) e produzindo a 
glicose 6-fosfato. Nesse caso, a enzima transferiu fosfato do ATP para a glicose 6-fosfato. 
	 O fosfato tem carga negativa, não conseguindo passar pela bicamada lipídica da membrana plasmática, pq as 
“pernas” do lipídeo são apolares, ou seja, não suportam moléculas carregadas. Então, quando a célula liga um fosfato a 
glicose, esta ganha carga negativa, não conseguindo passar pela bicamada, assim, ficando presa dentro da célula e 
impedida de sair pela membrana. 
Segunda reação: a molécula de glicose 6-fosfato é transformada, através da enzima fosfoglicose isomerase, em uma 
molécula de frutose 6-fosfato. As duas (glicose e frutose) são isômeros porque suas fórmulas são C6H12O6. A diferença 
entre elas é o formato da molécula. Essa reação ocorre para deixar a molécula mais simétrica, pois um pouco mais a frente 
do processo, esta será partida ao meio, formando 2 compostos com 3 carbonos cada.
obs.: a isomerase é uma enzima que converte um isômero em outro. 
Terceira reação: a frutose 6-fosfato é catalisada pela enzima fosfofrutocinase, quebrando 1ATP (gasto do segundo ATP) e 
produzindo a frutose 1,6-bifosfato. Nesse caso, a enzima transferiu fosfato do ATP para o carbono 1 da frutose.
	 Essa reação ocorre porque agora a molécula ficou ainda mais simétrica, tendo fosfato em 2 carbonos (um de cada 
lado) e estando, assim, pronta para ser partida ao meio.
�1
Quarta reação: a frutose será partida ao meio pela enzima aldolase, produzindo uma molécula de di-hidroxiacetona fosfato 
e uma de gliceraldeído 3-fosfato. Mesmo sendo bem simétricas elas não são iguais, então não tem como produzir duas 
moléculas iguais, então produz-se moléculas parecidas.
Quinta reação: quem segue em frente nas reações é o gliceraldeído, então a di-hidroxiacetona fosfato é convertida, através 
da enzima triose fosfato isomerase, em gliceraldeído (são isômeras, então o que muda é a posição da =O e dos 
hidrogênios). Assim, nesse processo, geram-se 2 moléculas de gliceraldeído. 
Como geraram 2 gliceraldeídos, a partir de agora todo o processo ocorrerá em dobro.
A célula consome rapidamente todo o gliceraldeído pela glicólise, não havendo acúmulo de di-hidroxiacetona, porque ao 
primeiro ser rapidamente retirado, toda a segunda que for produzida será prontamente convertida em gliceraldeído (não da 
tempo de acumular).
Sexta reação: o gliceraldeído 3-fosfato será convertido em 1,3-bifosfoglicerato. Quem catalisa é a enzima gliceraldeído 3-
fosfato desidrogenase, facendo a reação em 2 partes:
	 1- O hidrogênio do aldeído será transferido para o NAD+, este que é convertido em NADH da reação “final”. 
Adiciona-se também uma molécula de água, cujo OH é passado para a molécula de gliceraldeído e o H restante é o H+. 
Essa parte forma a molécula intermediária através da oxidação do gliceraldeído.
	 2- A molécula intermediária transforma-se em 1,3-bifosfoglicerato através da introdução do fosfato inorgânico.
Essa reação ocorre em 2 momentos, porque o fosfato inorgânico não tem energia suficiente para ser ligado ao gliceraldeído. 
A primeira parte da reação é uma oxidação favorável, parte de um nível maior para um menor de energia, entretanto, a 
entrada do fosfato inorgânico é desfavorável, então ela sozinha é impossível de ocorrer. Acoplando as duas reações as duas 
etapas ficam possíveis e a reação fica favorável.
�2
Sétima reação: o 1,3-bifosfoglicerato vai sofrer uma reação e, através da enzima fosfoglicerato cinase, virará um 3-
fosfoglicerato. Como a enzima é uma cinase, já sabemos que ela vai transferir fosfato… Sendo assim, ela transfere o fosfato 
que estava no carbono 1 (fosfato colocado na ultima reação) para o ADP. Este, ao receber, converte-se em ATP (primeiro 
produzido pela glicólise, mas como tudo ocorre em dobro, produziram-se 2 ATPs).
Oitava reação: o objetivo é arrancar o fosfato do carbono 3 para poder usá-lo na produção de outro ATP. A enzima 
fosfolicerato mutase vai transferir o fosfato do carbono 3, da 3-fosfoglicerato, para o carbono 2, da 2-fosfoglicerato. A célula 
cria condições para que a presença do fosfato na molécula seja muito desfavorável, tornando fácil sua retirada (há uma 
tendência dele sair).
Nona reação: uma molécula de água é retirada do 2-fosfoglicerato, produzindo a molécula de fosfoenolpiruvato. Ao não ter 
hidrogênio no produto final, torna a presença do fosfato mais desfavorável ainda, sendo mais fácil de ser retirado.
�3
Décima reação: o fosfato sai da molécula, é transferido para o ADP, que, assim, se transforma em ATP, o que sobrar é a 
molécula de piruvato (como ocorre tudo em dobro, foram formados 2 ATPs e 2 piruvatos).
RESUMO
Fase de investimento de energia: 1, 2, 3 e 4.
Fase de clivagem: 4, 5 e 6.
Fase de geração de energia: 6 a 10.
https://www.youtube.com/watch?v=fOUjDY7gIWw - Glicólise para ensino superior do Dorival Filho
CICLO DE KREBS: Ocorre na matriz mitocondrial. É o passo central do metabolismo da célula. Oxida a matéria orgânica 
por retirar elétron desses compostos e passando pro NAD e para o FAD, que se convertem em NADH e FADH2. Estes vão 
para a cadeia respiratória levando os elétrons, e é com a energia desses elétrons que a cadeia vai produzir seus ATPs. 
	 Para cada pirulito = 2 ATPs (processo direto)
	 Pela produção de NADH e FADH2 = 28 ATPs (processo indireto)
	 Ou seja, levando em conta os 2 processos, esse ciclo produz cerca de 95% de toda a energia que uma célula 
humana precisa.
Do piruvato ao acetil CoA: AINDA NÃO É CONSIDERADO CICLO DE KREBS, MAS É IMPORTANTE PARA O 
FUNCIONAMENTO DELE. A diferença entre o piruvato e o Acetil CoA (coenzima A) é que o primeiro tem CO2 e o segundo 
tem a CoA. Então, a reação ocorre com a saída do CO2 do piruvato, e entra a CoA no lugar dele. 
obs.: toda reação que libera gás carbônico é denominada descarboxilação. 
	 As descarboxilações liberam energia, porque se a molécula está perdendo CO2 ela está saindo de um número maior 
de energia para um numero menor, assim gerando uma queda de energia proporcionada pela saída do CO2, tornando 
possível a entrada da CoA. 
	 Como está ocorrendo uma oxidação, há a retirada de H e elétrons. Estes são passados para o NAD+ e que se 
convertem em NADH. Não da para identificar de onde vem o hidrogênio e os elétrons porque eles vem de elementos 
intermediários.
	 
Formação do citrato: Os 2 carbonos do acetil serão unidos aos 4 carbonos do oxalacetato, formando uma molécula de 
citrato (6 carbonos). Ao fazer isso, aumenta-se o nível de energia (o citrato tem mais energia do que o acetil e o oxalacetato 
separados), ou seja, para fazer citrato é necessário uma fonte de energia, que, no caso, é a CoA. Nessa reação a CoA sai, 
fornecendo energia e tornando possível unir o acetil ao oxalacetato.
�4
https://www.youtube.com/watch?v=fOUjDY7gIWw
Formação do isocitrato: A ideia é retirar o CO2 do citrato, mas o OH está atrapalhando por causa de sua posição. O OH do 
citrato será unido a um H do H2 do mesmo, liberando, assim, a molécula de água e formando o aconitato. No próximo 
passo, a molécula de água retorna, mas em outra posição… o OH passa para o carbono abaixo do qual ele se encontrava 
anteriormente e o H onde ficava o OH. Com essas posições da para retirar o CO2da molécula de isocitrato.
Formação do α-cetoglutarato: o isocitrato é convertido em α-cetoglutarato. O CO2 do isocitrato sai, surge o NAD+, recebe 
os hidrogênios do novo local da ultima reação, transformando-se em NADH + H+ (todos esses NADH produzidos irão para 
cadeia respiratória gerar ATP).
Formação do succinil CoA: lembra muito a primeira reação pq nela, a saída de CO2 torna possível a entrada da CoA. 
Nessa reação, a α-cetoglutarato vai transformar-se em succinil CoA através da saída do CO2, tornando, assim, possível a 
�5
entrada da CoA. Além disso, o NAD+ vai receber H (do CH2- não há perda pq o hidrogênio é reposto pela CoA) e elétron, 
formando NADH.
Formação de succinato: o succinil CoA será convertido em succinato. A saída da CoA vai tornar possível que um fosfato 
inorgânico+GDP (essa união precisa de energia, que é através da saída da CoA), assim que o GDP recebe o fosfato ele 
converte-se em GTP. O objetivo é formar um ATP, então um ADP surge e “entra” na reação. O GTP perde um fosfato e, 
assim, volta a ser GDP. O fosfato que o GTP perdeu é passado para o ADP. Assim que este recebe o fosfato, ele converte-se 
em ATP.
obs.: ATP= Triofosfato de adenosina. 
GTP= Triofosfato de guanina. 
 
Formação do fumarato: o succinato é convertido em fumarato. Um FAD receberá 2 hidrogênios (dos 2 CH2) e elétrons, 
transformando-se em FADH2. Aqui é FADH2 pq não tem energia o suficiente para formar NADH. 
�6
Formação do malato: o fumarato será convertido em malato porque a água entra e fornece 1OH e 1H para formar o CH2. 
Restauração do oxalacetato: o malato se converte em oxalacetato. Ocorre a produção de NAD+, que recebe hidrogênios e 
elétrons, formando NADH + H+.
RESUMO
-2 carbonos entram no ciclo na molécula de acetil-CoA e 2 saem como CO2. 
-Do piruvato até o fim do ciclo houve a produção de 8 NADH, 2 FADH2 e 2 ATP (porque o ciclo ocorre em dobro).
https://www.youtube.com/watch?v=LbU4lL-yjCc - Ciclo de Krebs para ensino superior do Dorival Filho.
Cadeia Respiratória: ocorre na membrana interna da mitocôndria, nas chamadas cristas mitocôndrias.
A glicose e o ciclo de krebs produziram NADH E FADH2, que tem como função levar elétrons ricos em energia para a cadeia 
respiratória. Esta vai produzir ATP usando a energia dos elétrons transportados por NADH e FADH2.
Na membrana interna tem: Complexo I, Ubiquinona, Complexo III, Citocromo c, Complexo IV, Carreador fosfato e a ATP 
sintase.
�7
https://www.youtube.com/watch?v=LbU4lL-yjCc
Geração de ATP a partir do NADH: A função do NADH é levar um par de elétrons até a cadeia respiratória. O NADH chega 
na cadeia, libera seu par de elétrons 2e (recebido pelo complexo I) e volta a ser NAD+. O complexo I usa a energia do par de 
elétrons para bombear 4H+ (que estavam dentro da mitocôndria), para o espaço entre a membrana externa e interna. 
	 Nas etapas anteriores, do piruvato ao final do ciclo de krebs, são liberadas moléculas de CO2, que é o gás 
carbônico que livramos ao respirarmos. O O2 que esta no ar, entra no pulmão, cai no sangue, entra na célula e vai até a 
mitocôndria participar da cadeia respiratória. Ele é quem vai atrair os elétrons pela cadeia transportadora de elétrons, 
fazendo com que eles passem de proteína em proteína até se encontrar com o O2 e forme a água.
	 O par de elétrons vai passando de uma proteína a outra, mas ao chegar no COMPLEXO III, ele volta a fornecer 
energia para bombear 4H+, e segue em frente. Chegando ao COMPLEXO IV, o par de elétrons já não tem tanta energia 
assim, então ele só conseguira energia para bombear mais 2H+. Ou seja, o par de elétrons do NADH forneceu energia para 
bombear 10H+. 
	 Como o O2 encontra-se próximo ao complexo IV, chegando lá o par de elétrons se unem com o O2 e forma a água.
Como o O2 foi o último a receber o par de elétrons, ele é o aceptor final de hidrogênios e elétrons.
	 A concentração do lado de fora da membrana interna da mitocôndria é mais +, e do lado de dentro da membrana 
interna da mitocôndria mais -. O H+ (bombeado para dentro) é positivo, então eles serão atraídos pelo lado negativo de fora, 
criando uma tendência de voltar. 1 H+ voltará para dentro da mitocôndria, levando com ele um fosfato inorgânico (Pi). 
	 Então, o fosfato usado para fazer ATP, entra na mitocôndria por um processo que envolve a volta de 1 H+. Além 
disso, outros 3H+ voltarão para dentro também atraído pelo lado negativo, porém, eles retornam passando por dentro da 
ATP sintase. Esta, neste momento, ela gira, e assim, ela une um ADP ao fosfato inorgânico produzindo um ATP. A ATP 
sintase gira através do movimento do H+ passando por ela. Esse movimento vai produzir energia química na forma de ATP.
Ou seja, a cada 4 H+ = 1 ATP, assim, a partir de cada NADH serão produzidos 2,5 ATPs.
Geração de ATP a partir do FADH2: 
O complexo II é importante na produção de ATP a partir do FADH2, e não na de NADH, por isso não aparece lá.
	 O FADH2 entrega seu par de elétrons ao COMPLEXO II, e volta a ser FAD.
	 Este par de elétrons será atraído pelo O2 que encontra-se embaixo do complexo IV.
obs.: esse par de elétrons não vai passar pelo complexo I porque ele tem menos energia que o par de elétrons do NADH. 
	 Quando o par de elétrons chega ao COMPLEXO III, sua energia é utilizada para bombear 4 H+, e ele segue em 
direção ao oxigênio.
	 No COMPLEXO IV ele vai ter energia para bombear 2 H+, o elétron se encontra com o O2 e forma a água.
�8
	 Após isso, ocorre o mesmo processo do que com NADH : Como o O2 foi o último a receber o par de elétrons, ele é o aceptor final 
de hidrogênios e elétrons. 
	 A concentração do lado de fora da membrana interna da mitocôndria é mais +, e do lado de dentro da membrana interna da mitocôndria mais -. O 
H+ (bombeado para dentro) é positivo, então eles serão atraídos pelo lado negativo de fora, criando uma tendência de voltar. 1 H+ voltará para dentro da 
mitocôndria, levando com ele um fosfato inorgânico (Pi). 
	 Então, o fosfato usado para fazer ATP, entra na mitocôndria por um processo que envolve a volta de 1 H+. Além disso, outros 3H+ voltarão para 
dentro também atraído pelo lado negativo, porém, eles retornam passando por dentro da ATP sintase. Esta, neste momento, ela gira, e assim, ela une um 
ADP ao fosfato inorgânico produzindo um ATP. A ATP sintase gira através do movimento do H+ passando por ela. Esse movimento vai produzir energia 
química na forma de ATP. 
Ou seja, a cada 4 H+ = 1 ATP, assim, a partir de cada FADH2 serão produzidos 1,5 ATPs.
�9
Custo da produção de ATP pelo ciclo de Krebs: para produzir o ATP, o ciclo pega 1GDP + 1P —> GTP. O GTP então perde 
1P e volta a ser GDP. Esse P é passado para o ADP, que assim se converte em ATP.
	 Para o GDP se converter em GTP, antes, um fosfato teve que entrar na mitocôndria, e foi acompanhado de H+. Esse 
é o custo, porque isso significa que esse H+ que poderia ter sido utilizado pela ATP sintase para produzir ATP foi usado para 
arrastar o fosfato, ou seja, desviou-se 1 H+.
	 
Custo da entrada dos 2 NADH produzidos pela glicólise no citosol: a glicólise produziu 2 NADH que terão que entrar na 
mitocôndria. Há duas maneiras de ele entrar:
	 -circuito malato-aspartado: o aspartato é convertido em oxaloacetato, e este depois em malato. O segundo tem 2 
hidrogênio que o oxaloacetato não tem, portanto, para o segundo se converter em malato, ele teve que receber hidrogênios, 
que vieram no NADH. A glicose produziu o NADH, e ele passou seus elétrons ricos em energia para o malato porque o 
NADH não consegue atravessar a membrana interna da mitocondria, assim transferiu seus elétrons do NADH, resultando 
que quem entra na mitocôndria é o malato, e lá dentro ele voltará a ser oxaloacetato, ou seja, o malato devolveu os elétrons 
para o NAD+ e voltou a formar o NADH. Em um circuito assim , não é o NADH que entra, e sim o malato. Dentro da 
mitocôndria, o oxaloacetato é convertido em aspartato, e esse volta para o lado de fora. Acontece que quando o acetato sai,1H+ entra, ou seja, mais um H+ que deixa de participar da ATP sintase.
�10
	Descrever o processo de obtenção de energia a partir do carboidrato (glicólise aeróbia, ciclo de krebs, cadeia respiratória e fosforilação oxidativa)