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MITOCÔNDRIA E O PROCESSO DE ENERGIA

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RESUMO: MITOCÔNDRIA E O PROCESSO DE ENERGIA
Discente: Alisson Braga
Introdução breve: As células usam enzimas para realizar a oxidação de açúcar em uma série 
de reações, essas porções de energia livre é carregada por carreadores ativados – NADH e ATP.
As enzimas realizam o catabolismo degradando as moléculas mais complexas em moléculas mais simples.
A mitocôndria é o centro para qual todos os processos geradores de energia se dirigem, independe de serem açucares, gordura ou proteínas.
 
1 – a etapa 1 ocorre principalmente na boca e no intestino.
2 – Ocorre a glicólise no citosol onde a molécula de glicose contendo 6 carbonos é quebrada em duas moléculas de 3 CO2, denominado piruvato. A glicólise ainda produz dois tipos de carreadores ativados: ATP e NADH
3 – A etapa 3 ocorre na matriz mitocondrial onde a Enzima A (Coa) é adicionada a molécula de piruvato, formando o Acetil-Coa que da ínicio a fermentação (anaeróbia) ou ao ciclio de Krebs (aeróbio). 
4 – O acetil-coa é transferido a uma molécula de oxalacetato para fromar o citrato, dando inicio ao ciclo de Krebs.
5 – Umas séries de reações enzimáticas acontecem e formam NADH, ATP e FADH2 que são carregadores de elétrons, esses elétrons serão utilizados para a formação de ATP pela cadeia transportadora de elétrons.
A GLICÓLISE
Para cada molécula de glicose que entra em glicólise, duas moléculas de ATP são investidas para fornecer a energia necessária para a quebra da molécula em piruvato. Porém, esse investimento é mais do que recuperado, no final das etapas da glicólise teremos duas moléculas de ATP e duas de NADH para cada molécula de glicose quebrada.
1 – A energia liberada pela glicólise é armazenada nos elétrons de NADH, produzidos na etapa 6 da oxidação. A oxidação nem sempre envolve oxigênio, ocorre em qualquer reação onde elétrons são perdidos de um átomo e transferidos a outro. Neste caso, o NAD+ teve elétrons transportados virando NADH.
Os elétrons transferidos para a cadeia transportadora de elétrons, são por fim, transferidos para o O2 formando água. Ao doar seus elétrons, NADH volta a ser NAD+ onde pode ser reutilizado mais uma vez pela glicólise, na ausência de oxigênio NAD+ pode ser utilizado em um tipo alternativo de produção de energia, a fermentação. 
As fermentações produzem ATP na ausência de oxigênio
Em condições anaeróbicas, o piruvato e o NADH produzidos pela glicólise permanecem no citosol. O piruvado é convertido em produtos que são excretados da célula: lactato nas células musculares ou etanol e CO2 nas células de levedura (cervejas e pães). O NADH doa seus elétrons no citosol e é reconvertido a NAD+. Essas vias que degradam o açúcar na auxência de oxigênio é denominado fermentação.
Quando houver quantidades insuficientes de oxigênio em células musculares sofrendo contração, o piruvato é transformado em lactato no Citosol. Essa reação estabelece o NAD+ consumido na 6 etapada da glicólise, mas a vida produz menos energia do que se o piruvato fosse oxidado na mitocôndria. 
Em microorganismos que crescem anaerobicamente, esse piruvato é convertido em dióxido de carbono e etanol, essa via também regenera NAD+ a partir de NADH. 
As enzimas glicolíticas acoplam oxidação ao armazenamento de energia em carreadores ativados
A etapa 6 da glicólise ocorre em duas etapas: primeiro a reação global libera energia suficiente para transferir 2 elétrons para o NAD+ formando NADH e transferir um grupo fosfato a uma molécula de ADP formando ATP.
A oxidação de um aldeído para um ácido carboxílico libera energia, muito da qual é capturada nos carreadores ativados ATP e NADH.
A etapa 6 produz NADH. A etapa 7 produz o ATP.
Resultado final da glicólise
Conversão de acetil-CoA na matriz mitocondrial
O piruvato é logo bombeado para a matriz mitocondrial. Uma vez internalizado, sofre rápida descarboxilação por um complexo de 3 enzimas, denominado Complexo de Piruvato-Desidrogenase. Os produtos da descarboxilação do piruvato são CO2 (um resíduo), NADH e acetil-CoA
Os ácidos graxos derivado da gordura também são convertidos em acetil-CoaA na matriz mitocondrial em uma reação que requer ATP. Os ácidos graxos são ativados pela ligação ao CoA e então quebrados por um ciclo de reação que remove dois carbonos por vez a partir das suas extremidades carboxilas, o que gera uma molécula de acetil-CoA para cada ciclo completo. Nesse ciclo, dois carreadores são ativados: NADH e FADH2
Em bactérias aeróbicas – que não possuem mitocôndrias – a glicólise e a produção de acetil-CoA, assim como o ciclo de ácido cítrico ocorrem no citosol
O ciclo de ácido cítrico gera NADH por meio da oxidação dos grupos acetila e CO2
O ciclo de ácido cítrico contribui com 2/3 da oxidação das moléculas de carbono. E seus produtos finais são CO2 e moléculas carregadas de elétrons NADH. O CO2 é liberado como resíduo e o NADH é transferido para a cadeia transportadora de eletrons e no final dessa cadeia, os eletrons se combinam com O2 para produzirem H2O.
O ciclio não consome o O2 ele apenas o requer no final da cadeia transportadora de elétrons para que o NADH os libere e portanto, regenere para NAD+ e volte ao ciclo.
Uma volta que o ciclo da, produz: 
3 NADH
1 GTP
1 FADH2
Libera 2 moléculas de CO2
Além das três moléculas de NADH uma volta no ciclo produz uma molécula de FADH2 (flavina adenina dinucletideo reduzido) a partir de FAD e uma molécula de GTP a partir de GDP.
Os átomos de oxigênio necessário para produzir o CO2 no ciclio do ácido cítrico não é fornecido pelo O2 atmosférico, mas sim pelas moléculas de água que são quebradas a cada ciclo. O oxigênio que respiramos é de fato convertido a água pela cadeia transportadora de eletrons e ele não é diretamente incorporado no CO2 que respiramos. 
Etapas do ciclo do ácido cítrico
1 – Acetil-CoA se liga ao oxalacetato formando o Citrato
2 – Uma reação de isomeração, onde a agua é removida e adicionada novamente formando o citrato em isocitrato
3 – O carbono do grupo hidroxila é convertido a um grupo carbonila. O produto perde CO2 e libera NADH. Isocitrato é convertido em a-cetaglutarato. 1 Oxidação do ciclo.
4 – O a-cetoglutarato catalisa uma oxidação que produz NADH e CO2 e se transforma em succnil-CoA. 2 oxidação do ciclo
5 – Uma molécula de fosfato desloca a CoA, formando uma ligação fosfata de alta energia ao Succinato. Esse fosfato é então transferido para o GDP formando GTP. Adição de H2O.
6 – FAD recebe duas moléculas de hidrogênio nessa etapa e vira FADH2. Succinato se transforma em Fumarato. 3 oxidação do ciclo
7 – A adição de água ao fumarato o transforma a malato
8 – Na ultima etapa da oxidação o malado é oxidado a Oxalacetato, que pode retornar ao inicio do ciclo. Libera NADH+.
O transporte de eletrons impulsiona a síntese do ATP 
É nessa etapa que a energia química carregada pelos NADH e FADH2 produzidos pela glicólise e pelo ciclo de ácido cítrico é usada para gerar ATP. Chamamos essa etapa de Fosforilação oxidativa. Durante esse processo, NADH e FADH2 perdem seus eletrons para a cadeia transportadora de eletrons. A energia liberada é usada para impulsionar o H+ (prótons) através da membrana interna, a partir da matriz mitocondrial. Esse gradiente de prótons através da membrana gera energia que pode ser aproveitada para impulsionar uma variedade de reações, nesse caso, a fosforilação do ADP para gerar ATP.
No final da cadeia transportadora, os eletrons são adicionados a moléculas de O2 formando H2O. No final a oxidação de uma molécula de glicose a H2O e CO2 pode produzir cerca de 30 moléculas de ATP. E somente duas moléculas de ATP são utilizadas na golicolise.
A regulamentação por meio de retroalimentação possibilita que as células mudem do estado de degradação para síntese de glicose
Os músculos precisam de glicose para impulsionar a contração e neurônios dependem da glicose como fonte de energia. Durante períodos de jejum ou exercícios físicos , as reservas de glicose são utilizadas mais rapidamente do que são abastecidas por meio de alimento. Para aumentar o nível de glicose é preciso sintetizar a partirdo piruvato, por um processo chamado de gliconeogênese.
A gliconeogênese é o oposto da glicólise, ela produz glicose a partir de piruvato.
A produção de uma única molécula de glicose pela gliconeogênese consome 4 moléculas de ATP e duas molécuas de GTP. Portanto, a célula precisa regular seus processos de glicólise e gliconeogênese, caso contrario a célula gastaria ATP de maneira inútil e geraria calor sem sentido algum. 
Já que o processo de Gliconeogênese é custoso a célula, a célula tem a opção de mobilizar a glicose que foi armazenada em forma de glicogênio (um polímero de glicose ramificado) antes da produção do processo de gliconeogênese.
Esses grandes polissacarídeos é armazenado em forma de como pequeno grânulos na célula, principalmente no fígado e células musculares. Quando a célula necessita de mias ATP do que é gerado pelas moléculas de alimento, as células degradam o glicogênio em uma reação catalisada pela enzima glicogênio-fosforilase. Essa enzima produz gicose-1-fosfato e é então convertida a glicose-6-fosfato que alimenta a via glicolítica.
O balanço entre síntese e degradação do glicogênio é regulado por sinalizações intracelulares que são controlados por hormônios de insulina, adrenalina e glucagon.
Ainda assim a gordura é um material de armazenamento mais importamte que o glicogênio, tendo em vista que a oxidação de uma grana de gordura libera duas vezes mais energia do que a oxidação de uma grama de glicogênio. Um humano adulto armazena glicogênio para apenas um dia de atividades normais, mas gordura suficiente para um mês. 
A maior parte da gordura é armazenada como gotículas de triacil-glicerois insolúveis em água em células adpocitos. Em respostas a siniais hormonais, essas células podem liberar ácidos graxos na corrente sanguínea para serem utilizados por outras células, isso ocorre na ausência da alimentação. 
Pela manhã, a maioria da Acetil-CoA que entra no ciclo do ácido cítrico é derivado dos ácidos graxos. Porém, após uma refeição a maior parte do Acetil-CoA que entra no ciclo é derivado da glicose e qualquer excesso de glicose é utilizado para a produção de glicogênio ou gordura. 
As células podem converter açúcar em gordura, mas não podem converter ácidos graxos em áçucares. 
As células obtêm a maior parte da energia por um sistema de membranas
Pequenas quantidades de ATP são geradas na glicólise pela célula, entretanto a maior parte da produção de ATP é produzida fosforilação oxidativa.
O processo de produção de ATP baseado em membrana consiste em duas fases: 
1 – Os eletrons de alta energia são transferidos para a cadeia transportadora de eletrons. A transferência de eletrons libera energia que é utilizada para bombear prótons (H+) derivados de água através da membrana gerando um gradiente eletroquímico de prótons. 
2 – Os prótons fluem de volta a favor do seu gradiente eletroquímico por um complexo proteico chamado ATP-sintase, que catalisa o ATP com gasto de energia a partir do ADP e fosfato inorgânico (pi). Essa enzima funciona como uma turbina permitindo que o gradiente de prótons pulsione a produção de ATP.
A mitocôndria possui uma membrana externa, uma membrana interna e dois compartimentos internos
Ambas as membranas da mitocôndria criam dois compartimentos internos mitocondriais: um espaço interno chamado de matriz e um espaço intramembranar mais estreito. 
A membrana externa possui muitas moléculas de porinas formando canais aquosos pela bicamada. A membrana interna é impermeável a passagem de íons e a maioria das pequenas moléculas, exceto pela rota fornecida por proteínas de transporte de membranas. A glicose e o ácido graxo são transportados pelas porinas, em seguida são transportadas para a membrana interna para o interior da matriz onde são convertidos em acetil-CoA.
Os grupos Acetil-CoA são em seguida oxidados CO2 pelo ciclo de ácido cítrico, gerando energia que é armazenada na forma de elétrons e carregada por carreadores ativados NADH e FADH2, esse carreadores levem seus eletrons através da cadeia transportadora de eletrons. 
A membrana mitocondrial interna é o local onde ocorre a fosforilação oxidativa e nela contém as proteínas da cadeia transportadora de eletrons, as bombas de prótons e ATP-sintase, necessária para a produção de ATP. Possui também uma variedade de proteínas de transporte onde permitem a entrada de moléculas como o piruvato e o ácido graxos. 
O movimento de elétrons está acoplado a bomba de prótons
A geração quimiosmótica de energia começa quando os carreadores ativados NADH E FADH2 transferem seus eletrons para a cadeia transportadora de eletrons tornando-se oxidados a NAD+ e FAD. Os elétrons são rapidamente passado pela cadeia até o oxigênio molecular (O2) para formar água (H2O). O movimento gradual desses eletrons servem para bombear prótons de volta a matris mitocondrial, o gradiente de prótons então é utilizado para promover a síntese de ATP.
Esse mecanismo quimiosmótico para síntese de ATP é chamado de fosforilação oxidativa porque envolve tanto o consumo de O2 quanto a síntese de ATP pela adição de um grupo 
Referências: 
ALBERTS, B.; BRAY,D.; HOPKIN, K.; JOHNSON, A.; LEWIS, J.; RAFF, M.; ROBERTS, K.; WALTER, P. 2017. Fundamentos da Biologia Celular. 5ª ed. Porto Alegre: Artmed.

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