Aula 2 - Bioenergética (ciclo ácido cítrico, cadeia transp e fosforilação)

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Prof. Dr. ÍGOR PRADO DE BARROS LIMA
Campina Grande, 2020
Aula – Bioenergética: Respiração celular 
(Glicólise, Ciclo do Ácido Cítrico, Cadeia 
Transportadora de elétrons e Fosforilação)
DISCIPLINA: BIOQUÍMICA APLICADA
 As células vivas realizam trabalho 
constantemente. Necessitam de 
energia para manter estruturas 
altamente organizadas, sintetizar 
componentes celulares, gerar 
muitos outros processos.
 A BIOENERGÉTICA é o estudo quantitativo das
relações de energia e conversões energéticas em
sistemas biológicos.
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DESTINOS 
DO 
PIRUVATO
Fermentação 
alcoólica
Glicólise 
anaeróbica
Produção de 
cerveja e 
biocombustíveis
GLICÓLISE
 Glycolysis (do Grego glyk = Doce + Lysis = quebra).
 A via glicolítica é utilizada para a quebra da glicose com o 
objetivo de fornecer energia (na forma de ATP) e 
intermediários para outras vias metabólicas.
 A GLICÓLISE é o centro do metabolismo dos carboidratos, 
pois praticamente todos os carboidratos podem ser 
convertidos em glicose.
 O Piruvato é o produto final da glicólise.
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 Na atualidade podemos definir a Glicólise como a 
seqüência de reações que converte a Glicose em Piruvato, 
havendo a produção de energia sob a forma de ATP.
2 Piruvato
(3)
GLICÓLISE
 GLICÓLISE AERÓBICA – série de 10 reações que 
requer a presença de oxigênio para reoxidar o NADH. 
Propicia a descarboxilação oxidativa do piruvato em 
acetil-CoA, um combustível importante do Ciclo de Krebs.
 GLICÓLISE ANAERÓBICA – Ocorre em células com 
carência de oxigênio e em tecidos que não tem 
mitocôndrias, é descrita pela conversão da glicose em 
lactato e permite a produção contínua de ATP.
GLICÓLISE
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GLICÓLISE 
AERÓBICA
GLICÓLISE AERÓBICA
 Série de 10 reações.
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GLICÓLISE AERÓBICA
 Série de 10 reações.
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I. Dupla fosforilação da
glicose, à custa de 2 ATP,
originando outra hexose, a
frutose, com dois grupos
fosfato.
II. Clivagem da frutose,
produzindo duas trioses
fosforiladas, que são
interconvertíveis.
III.Oxidação e nova fosforilação
das trioses fosfato, formando
duas moléculas de um
intermediário bifosforilado.
IV.Transferência grupos fosfato
deste intermediário para 4
ADP, formando 4 ATP e 2
piruvato.
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GLICÓLISE ANAERÓBICA
 Alternativamente, a glicose pode ser convertida em 
piruvato, que é reduzido pelo NADH para formar lactato. 
Essa conversão é denominada glicólise anaeróbica, pois 
pode ocorrer sem a participação do oxigênio.
A glicólise anaeróbia é 
chamada de FERMENTAÇÃO
 A acidose láctica é o acúmulo de ácido láctico provocado 
pela glicólise anaeróbica como fonte emergencial de ATP.
 PODE SER PROVOCADA POR: 
 Exercitar-se por tempo muito longo. 
 Câncer. 
 Insuficiência hepática. 
 Medicamentos, como salicilatos. 
 Falta de oxigênio prolongada causada por choque.
 Insuficiência cardíaca.
 Anemia severa.
Acidose Lática
GLICÓLISE ANAERÓBICA
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DESTINOS DO PIRUVATO
Exercício 
muscular intenso.
Diminuição da concentração 
do ATP e consequente 
acúmulo de ácido lático nas 
fibras musculares, devido à 
glicólise anaeróbia.
Fermentação 
alcoólica
Ciclo de 
Krebs
Glicólise 
anaeróbica
Produção de 
cerveja e 
biocombustíveis
DESTINOS 
DO 
PIRUVATO
Fermentação 
alcoólica
Glicólise 
anaeróbica
Produção de 
cerveja e 
biocombustíveis Fase aeróbica é a 
RESPIRAÇÃO 
CELULAR
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RESPIRAÇÃO 
CELULAR
 A respiração celular acontece 
em três estágios.
Na mitocôndria, o piruvato sofre uma descarboxilação, 
transformando-se em um Acetil-CoA.
 Reação Irreversível.
 NAD reduzido – NADH e liberação de um CO2.
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 Por meio de uma sequência cíclica 
de reações (Ciclo do Ácido 
Cítrico ou Ciclo de Krebs ou 
Ciclo do Ácido Tricarboxílico) é 
liberado CO2 com concomitante 
produção de grande quantidade de 
NADH e FADH2.
 Da oxidação destas coenzimas 
(NADH e FADH2) pelo Oxigênio 
(Cadeia Respiratória) deriva-se 
grande produção de ATP (90%).
OXIDAÇÃO COMPLETA DOS NUTRIENTES
 Ciclo desempenha diversos papéis 
no metabolismo.
 É a via final para a qual converge o 
metabolismo oxidativo de 
carboidratos, AA e ácidos graxos, 
seus esqueletos carbonados sendo 
convertidos em CO2 e H2O.
 Essa oxidação fornece energia para 
a produção da maior parte do ATP.
CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO
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 O ciclo é uma série de oito reações que oxida o grupo
acetil do acetil-CoA, formando 2 moléculas de CO2, e a
energia livre liberada é conservada nos compostos
reduzidos, NADH e FADH2;
 Uma volta completa produz 3 NADH, 1 FADH2, um
composto de alta energia (GTP ou ATP) e 2 CO2.
 Seu nome é devido ao produto da primeira reação, o
citrato.
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 Citrato-sintase
REAÇÕES DO CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO
Acetil-CoA
Oxaloacetato
Citrato
Citrato Isocitrato
Aconitase
REAÇÕES DO CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO
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 Primeiro NAD reduzido dentro do ciclo – NADH.
 Liberação do primeiro CO2.
Isocitrato
desidrogenase
Isocitrato α-cetoglutarato
REAÇÕES DO CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO
 Segundo NAD reduzido – NADH.
 Libera o segundo CO2.
Succinil-CoAα-cetoglutarato
α-cetoglutarato
desidrogenase
REAÇÕES DO CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO
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 Produção de um GTP a partir de GDP + Pi.
Succinil-CoA Succinato
Succinil-CoA
sintase
REAÇÕES DO CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO
 Produz a coenzima reduzida FADH2.
FumaratoSuccinato
Succinato
desidrogenase
REAÇÕES DO CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO
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Fumarato Malato
Fumarase
REAÇÕES DO CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO
 Terceiro NADH do ciclo.
OxalacetatoMalato
Malato
desidrogenase
REAÇÕES DO CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO
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REAÇÕES DO CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO
3 NADH X 2 6 NADH 1 NADH = 3 ATP
6 x 3 = 18 ATP
FADH2 X2 2 FADH2 1 FADH = 2 ATP
2 x 2 = 4 ATP
GTP X 2 2 GTP 2 GTP
Total 24 ATP
CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO
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 Embora o ciclo do ácido cítrico seja fundamental ao
metabolismo gerador de energia, sua função não está
limitada à conservação energética.
 Intermediários do 
ciclo servem como 
precursores para 
uma ampla variedade 
de produtos.
 A velocidade global do ciclo 
do ácido cítrico é 
controlada pela: 
 Taxa de conversão do 
piruvato a acetil-CoA
 e 
 Fluxo das enzimas 
citrato-sintase, 
isocitrato-desidrogenase e 
α-cetoglutarato-
desidrogenase.
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CADEIA 
TRANSPORTADORA 
DE ELÉTRONS E 
FOSFORILAÇÃO 
OXIDATIVA
 Moléculas ricas em energia (Glicose) – metabolizadas
por uma série de reações de oxidação, levando por fim à
produção de CO2 e H2O.
CADEIA TRANSPORTADORA DE 
ELÉTRONS E FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
 Os intermediários metabólicos 
das reações doam elétrons a 
coenzimas específicas (NAD+ e 
FAD) formando coenzimas 
reduzidas ricas em energia, 
NADH e FADH2.
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REAÇÕES DO CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO
 Essas coenzimas (NADH e FADH2) devem ser reoxidadas
por 2 razões:
 Para que voltando a forma oxidada (NAD+ e FAD)
possam participar outra vez das vias de degradação
dos nutrientes (ex. glicólise, ciclo do ácido cítrico).
 Para que a energia conservada nestas coenzimas
possa ser empregada pelas células para sintetizar
ATP.
CADEIA TRANSPORTADORA DE 
ELÉTRONS E FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
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 As células aeróbias produzem a maior parte do seu ATP
por oxidação das coenzimas pelo oxigênio (Respiração
Celular), efetuada por uma Cadeia de Transporte de
elétrons (“Cadeia respiratória”).
CADEIA TRANSPORTADORA DE 
ELÉTRONS E FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
 As coenzimas reduzidas NADH e FADH2 podem doar
um par de elétrons a grupo de carreadores de elétrons,
denominados cadeia transportadora de elétrons.
 A medida que os elétrons fluem através da cadeia
transportadora de elétrons, perdem sua energia livre,
sendo captada e armazenada para a produção de ATP a
partir de ADP e fosfato inorgânico.CADEIA TRANSPORTADORA DE 
ELÉTRONS E FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
 Esse processo é denominado 
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA.
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 Cada transportador da cadeia de elétrons pode receber
elétrons de um doador (NADH, FADH2) e
subsequentemente doar para o próximo na cadeia,
finalmente combinando-se com o oxigênio e prótons para
formar água.
CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS
CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS
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 A transferência de elétrons ao longo da cadeia de
transporte é energeticamente favorecida pois:
 NADH é um forte doador de elétrons (Agente
Redutor).
 O2 é um ávido aceptor de elétrons (Agente Oxidante).
 O transporte de elétrons é acoplado ao transporte de
prótons (H+). Tal processo cria um gradiente elétrico:
mais carga + (positivas) fora da membrana mitocondrial
do que dentro Bomba de prótons.
CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS
 Bomba de prótons: o transporte de elétrons é acoplado
ao transporte de prótons (H+). Tal processo cria um
gradiente elétrico (mais carga + fora da membrana
mitocondrial do que dentro).
CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS
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 ATP sintetase:
 Sintetiza ATP utilizando energia do
gradiente de prótons gerada;
 A hipótese propõe que após os
prótons terem sido transferidos para
o lado citosólico da membrana
interna mitocondrial, podem reentrar
na matriz mitocondrial pela ATP
sintetase, resultando na síntese de
ATP a partir de ADP + Pi.
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS
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CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS
CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS
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 Fim das rotas metabólicas de 
produção de energia em organismos 
aeróbicos;
 Representa o estágio 3 do processo;
 Acoplamento da oxidação de NADH e 
FADH2 e síntese de ATP.
 É o principal sítio de produção de 
ATP;
FOSFORILAÇÃO 
OXIDATIVA
 O transportador de elétrons NADH para o oxigênio
através da cadeia de transporte de elétrons produz
(52.580 cal), energia mais do que suficiente para
produzir 3 ATP a partir de 3 ADP + 3 Pi (3 x 7.300 =
21.900 cal). As calorias restantes são liberadas em
forma de calor.
 O transporte de um par de elétrons do FADH2 ou
FMNH para o oxigênio é necessário para gerar 2 ATP a
partir de 2 ADP e Pi.
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
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 A fosforilação oxidativa é regulada 
pelas necessidades celulares de 
energia.
 As concentrações de ATP e ADP 
estabelecem a velocidade de 
transporte de elétrons pela cadeia 
respiratória, por uma série de 
controles interconectados sobre a 
respiração, a glicólise e o ciclo do 
ácido cítrico.
REGULAÇÃO DA 
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
Bibliografia complementar
CAPÍTULO 16 e 19 - NELSON, D.L.; COX, M.M. Princípios de
Bioquímica de Lehninger. 6ª ed. Porto Alegre: Artmed, 2014,
1298 p.
CAPÍTULO 9, 10 e 11 - MARZOCCO, A.; TORRES, B.B.
Bioquímica Básica, 4ªed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan,
2017.
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