Respiração Celular - UC 3

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Maria Paula M. Mattei 
Respiração Celular
Importância do Processo de Respiração Celular 
Os eucariotos conseguem capturar uma proporção 
muito maior da energia livre disponível nos substratos 
respiratórios. Grande parte disso acontece dentro das 
mitocôndrias, que foram denominadas como 
“geradores de energia” da célula. A respiração é 
acoplada à geração do intermediário de alta energia, 
ATP, pela fosforilação oxidativa. 
O CO2 do piruvato acetil e o de Krebs são os que a 
gente joga pra fora quando respiramos 
Até o final do clico de Krebs serão gerados 3 CO2 
Ou seja, a maior parte do que a gente come passa 
pela glicólise e Krebs até que só reste CO2 que vai ser 
liberado pelos pulmões 
Todos os NADH produzidos vão para a cadeia 
respiratória gerar ATP 
 
Formação de Acetilcoenzima A a partir do Piruvato 
Onde ocorre: matriz mitocondrial 
Processo + enzima: 
O piruvato produzido pela glicólise é bombeado para 
dentro (piruvato translocase) da matriz mitocondrial. 
Lá dentro ele sofre rápida descarboxilação, processo 
que libera energia, tornando possível a entrada da 
CoA no lugar do CO2, por um complexo gigante de três 
enzimas, denominado complexo da piruvato-
desidrogenase. 
Toda reação que libera CO2 é chamada de 
descarboxilação. 
Oxidação: H+ são passados para o NAD+ que são 
convertidos em NADH. O NADH é feito com H e e 
elétrons provenientes de compostos intermediários. 
Diferença entre piruvato e Acetil CoA é a presença de 
CO2 no piruvato (ligado dois carbonos) e a presença 
de acetil CoA (ligado a dois carbonos). O CO2 do 
piruvato vai sair e a acetil CoA vai se ligar no local. 
Participação de coenzimas: NAD+, FAD+, lipoato, TPP e 
coenzima A 
Produto final: CO2 (um resíduo), NADH e acetil-CoA 
Gasto: 2 NAD+ 
 
Ciclo do Ácido Cítrico/ Ciclo de Krebs 
Onde ocorre: matriz mitocondrial 
Produto final: CoA, 3NADH, FADH2, ATP, 2 CO2 
CO2 e elétrons de alta energia na forma de NADH. 
NADH são transferidos para a cadeia transportadora 
de elétrons na membrana mitocondrial interna. No 
final da cadeia, esses elétrons se combinam com O2 
para produzirem H2O. 
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Produz apenas 2 ATPs a partir de 2 piruvatos – como a 
glicólise produz 2 piruvatos, em uma glicólise e ciclo 
de Krebs se produz apenas 2ATPs 
Oxida a matéria orgânica (corpos cetônicos, 
carboidratos, ácidos graxos, aminoácidos) – retira 
elétrons dessas matérias e passa pro NAD e pro FAD 
que viram NADH e FADH2+. Eles vão pra cadeia 
respiratória e vão fornecer energia com esses 
elétrons. Aqui são gerados 28 ATPs 
O objetivo desse ciclo é retirar elétrons até não sobrar 
mais nada, apenas CO2. 
O ciclo do ácido cítrico, que ocorre na matriz 
mitocondrial, não consome O2. Entretanto, ele requer 
O2 para prosseguir porque a cadeia transportadora de 
elétrons – que usa O2 como seu aceptor final de 
elétrons – possibilita que o NADH se libere de seus 
elétrons e, portanto, regenere o NAD+ necessário 
para manter o ciclo em funcionamento. 
Reações: 
1. FORMAÇÃO DO CITRATO 
O Acetil CoA (2C) formado do piruvato, se 
ligará com o oxalacetato (4C) e formará uma 
molécula de citrato (6C – vindos da união 2C + 
4C) – aumenta o nível de energia da molécula, 
ou seja para juntar precisa de uma fonte de 
energia (saída da CoA que fornece essa 
energia) 
** Na transformação de piruvato em acetil CoA a 
célula investiu (liberação de CO2) energia para ligar o 
acetil CoA porque depois a saída do acetil CoA que 
fornecerá energia para formar o citrato ** 
 
2. FORMAÇÃO DE ISOCITRATO 
Citrato → Aconitato→Isocitrato 
De citrato para aconitato perde-se 1 H2O 
De Aconitato para Isocitrato ganha-se 1 H2O – 
a ideia é retirar outro CO2 e para isso precisa 
mudar a molécula de OH de posição e isso 
acontece tirando e colocando água 
 
3. FORMAÇÃO DE α-CETOGLUTARATO 
Isocitrato→α-cetoglutarato 
Saída do CO2 e produção de NADH 
 
4. FORMAÇÃO DE SUCCINIL CoA 
α-cetoglutarato → succinil CoA 
A saída de um CO2 novamente tornará 
possível a ligação da coenzima A. Formação 
de NADH. Enzima semelhante à enzima 
piruvato desidrogenase 
 
5. FORMAÇÃO DE SUCCINATO 
Succinil CoA → Succinato 
CoA sai para que o Pi consiga se ligar ao GDP 
e formar o – saíde de CoA forneceu energia 
para ligação Pi + GDP. Esse GTP vai liberar um 
fosfato para o ADP virar ATP. Quando isso 
acontece, o GTP volta a ser GDP para ser 
ligado novamente ao Pi. 
 
6. FORMAÇÃO DO FUMARATO 
Succinato → fumarato 
FAD receberá H+ e formará FADH2. Não forma 
NADH porque a molécula não tem energia 
suficiente pra formar o NADH porque o par de 
elétrons que o NADH + H carrega é mais rico 
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em energia do que o par de elétrons q o 
FADH2 carrega. É por isso que na cadeia 
respiratória, os elétrons que vêm do FAD 
produzem menos ATP. FADH2 = 1,5 ATP e o 
NADH + H = 2,5 ATP. Única enzima que está 
na membrana interna e produz FADH2. 
 
**agora vão ocorrer duas reações que vão restaurar o 
oxalacetato para fechar o ciclo** 
7. FORMAÇÃO DE MALATO 
Fumarato → malato 
H2O adicionada ao fumarato para fornecer 
OH e H para formação de malato 
 
8. FORMAÇÃO DE OXALACETATO 
Malato → oxalacetato 
Produção de NADH + H+ 
 
 
Conclusão: durante o ciclo entraram 2C na molécula 
de acetil-CoA e dois saíram como CO2 
Produção do piruvato até o final: 4 NADH, 1 FADH2 e 1 
ATP 
** Na verdade, o ciclo ocorreu duas vezes, então os 
produtos são multiplicados por 2 – devido a formação 
de duas moléculas de piruvato pela glicólise** 
Custo da produção: para produzir os seus 2 ATPs, 
existe um custo de 2H+ 
Reguladores 
Estimuladores: CoA, aumento de ADP, aumento de 
AMP e NAD+ 
Inibidores: 
Fosforilação Oxidativa e Cadeia Transportadora de 
Elétrons 
Produção de ATP a partir do NADH e FADH2 
A cadeia respiratória coleta e transporta equivalentes 
redutores, direcionando-os para a sua reação final 
com o oxigênio para formar água, e a fosforilação 
oxidativa é o processo pelo qual a energia livre 
liberada é aprisionada como fosfato de alta energia. 
*Citocromos ou citocromas são proteínas, geralmente 
ligadas a uma membrana, que contêm grupos heme e 
que efectuam o transporte de elétrons. 
GERAÇÃO DE ATP A PARTIR DO NADH 
Local: Ocorre na membrana interna das cristas da 
mitocôndria. 
Proteínas e Enzimas: Na membrana interna existem o 
complexo I (NADH-Q oxidorredutase), complexo III (Q-
citocromo c-oxidorredutase), complexo IV (citocromo 
c-oxidase), ubiquinona (coenzima Q), citocromo C, 
carregador fosfato e ATP sintase. 
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 Papel de cada uma resumido: 
Processo: 
NADH + H vão para a cadeia respiratória levando um 
par de elétrons para liberá-los no complexo I. Com a 
energia dos elétrons, o complexo consegue bobear 
4H+ que estavam dentro da mitocôndria para o espaço 
entre membranas. Os elétrons trazidos pelo NADH 
serão atraídos por um O2, fazendo com que o par de 
elétrons passe de proteína em proteína até encontrar 
o O2. 
No complexo I: 
NADH doa elétrons pra flavina mononucleotídeo 
FMN. Depois vai pro centro de ferro-enxofre que 
carrega os elétrons até a ubiquinona. 
Complexo III: 
Ubiquinona passa elétrons para o complexo FeS 
depois para o citocromo 
 
Quando esse par de elétrons chega no complexo IV, 
ele já possui menos energia, fazendo com que a 
proteína bombeie apenas 2H+. Total de H+ = 10/NADH 
O par de elétrons então é atraído pelo O2 e se liga a 
ele formando uma molécula de água que não vai para 
lugar nenhum. O oxigênio é o aceptor final de 
hidrogênios e elétrons. 
Para produzir ATP vai ser preciso o ADP e mais um 
fosfato (Pi). Para o fosfato entrar na mitocôndria, as 
cargas das membranas devem ser diferentes. A parte 
externa da membrana interna está mais positivo +, do 
lado de dentro da membrana interna está mais 
negativo – (teoria quimiosmótica de nitchell). Por 
causa disso, o H+ bombeados pra dentro do espaçointer-membrana serão atraídos pela carga negativa. 
Um H+ voltará para dentro levando um Pi pela 
proteína carregadora de fosfato. Outros 3H+ vão 
voltar passando por dentro da ATP sintase, o que vai 
fazer a enzima girar, e ao fazer isso, a enzima une um 
ADP ao Pi produzindo o ATP. 4H+ = 1ATP 
 
 
1NADH = 10H+ no espaço entre membranas 
4H+ = 1 ATP logo, 1NADH = 2,5 ATPs 
Custo da produção: Ocorre na hora do NADH entrar 
na matriz mitocondrial. Para isso há duas maneiras: 
Pelo circuito malato-aspartato: aspartato vai ser 
convertido oxaloacetato e ele vai ser convertido em 
malato, uma molécula com dois H+ a mais que o 
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oxaloacetato que vieram do NADH produzidos pela 
glicólise. Isso ocorre porque o NADH não consegue 
atravessar a membrana interna da mitocôndria. Mas 
dentro da mitocôndria quem precisa ser usado é o 
oxaloacetato, então dentro dela o malato o malato 
devolve elétrons pro NAD+ e a molécula vira 
oxaloacetato. Daí o oxaloacetato é convertido em 
aspartato, que volta para o citossol para iniciar esse 
pequeno ciclo de novo. Essa volta do aspartato é um 
antiporte e para sua saída ocorra, um H+ tem de 
entrar – esse H+ perdido é o custo porque ele deixou 
de participar da síntese de ATP. 
GERAÇÃO DE ATP A PARTIR DO FADH2 
Proteínas e Enzimas: Complexo I, complexo II 
(succinato-Q-redutase), complexo III, complexo IV, 
carreador fosfato, ATP sintase, ubiquinona e 
citocromo C. 
 
Processo: 
FADH2 vai entregar seu par de elétrons ao complexo II 
e volta a ser FAD para ser atraído pelo O2 assim como 
ocorreu no processo anterior. ENTRETANTO com o 
FADH2, os elétrons não passam pelo complexo I 
porque os elétrons do FADH2 possuem menos energia. 
 
A partir daqui é o mesmo processo que o do NADH: 
 
Outra diferença é a contabilidade: 
Como o par de elétrons do FADH2 não passou pelo 
complexo I, bombeia apenas 6H+ mas continua sendo 
necessário 4H+ para produção de 1 ATP. 
 
 
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Custo da produção: 
Pelo circuito glicerol-fosfato: diidroxiacetona fosfato 
será convertida em glicerol-3-fosfato, que possui 2H+ 
que que a diidroxiacetona. EsseS H+ vêm do NADH do 
citossol. O glicerol vai para o espaço intermembranar 
e vai voltar a ser diidroxiacetona, que volta pro 
citossol. A enzima que realiza esse processo de 
glicerol → diidroxiacetona pega os H+ e entrega para o 
FAD produzindo FADH2 que vão passar para a matriz. 
Reguladores: 
Estado 4 = células em repouso 
Estado 3 ou 5 = exercício físico 
 
Compostos Inibidores da Cadeia Transportadora de 
Elétrons e Fosforilação Oxidativa 
Rotenona: pesticida botânico. Inibe do complexo I da 
cadeia de transporte de elétrons. É um composto 
altamente lipossolúvel que atravessa facilmente a 
barreira hematoencefálica. Quando se faz presente, 
os elétrons provenientes do NADH não podem entrar 
na cadeia, o que resulta na incapacidade de produzir 
ATP a partir da oxidação de NADH. Inibe transferência 
de elétrons do NADH-redutase para coenzima Q 
Antimicina A: inibem a cadeia respiratória no 
Complexo III. bloqueia ubiquinona ao citocromo C 
(antibiótico produzido por bactérias do gênero 
Streptomyces). 
Cianeto/ Monóxido de Carbono/azida: inibem o 
Complexo IV e podem, como consequência, 
interromper completamente a respiração. O 
monóxido se liga à hemoglobina e possui mais 
afinidade que o oxigênio, formando carboxi-
hemoglobina que não transporta bem o oxigênio. Essa 
falta de O2 interfere na enzima citocromo-oxidase, 
interferindo na respiração celular. Como o organismo 
vai ficar sem oxigênio, o corpo começa a fermentar 
formando muito lactato, gerando um acidose lática. 
Oligomicina: antibiótico que inibe completamente a 
oxidação e a fosforilação ao bloquear o fluxo de 
prótons por meio da ATP-sintase. 
Dinitrofenol DNP: atravessa membranas e acaba com 
o gradiente de prótons e o corpo precisa trabalhar 
mais para produzir ATP. 
 
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