Organização celular, produção e utilização de energia

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Toda energia necessária para as funções fisiológicas vem 
da alimentação 
- Oxidação de biomoléculas que são ricas em energia: 
Proteínas, Carboidratos, lipídios – permitem que aconteça a 
entrega de energia quando são hidrolisadas/ quebradas/ 
oxidadas 
- Para que essa energia possa ser aproveitada a energia 
química precisa ser transformada em ATP 
ATP- moeda energética 
- É um nucleotídeo que consiste em uma molécula de 
adenosina, uma ribose e 3 grupos fosfato 
Hidrólise – só quando ocorre essa hidrólise/quebra nas 
ligações de fosfato há a entrega de energia pelo ATP 
 
 
 
Com a quebra de um fosfato do ATP, há a formação do 
ADP – liberação de um fosfato inorgânico – nesse 
momento há a liberação de energia 
- O ATP não é armazenado – é utilizado a partir de uma 
hidrólise feita naquele momento. 
Vias metabólicas 
 Aeróbias/oxidativa – responsáveis por produzir 
uma maior quantidade de síntese de ATP – 32 
- Precisa de O2 para ocorrer 
- Permite a produção dessa quantidade de ATP’s pois 
utiliza substratos energéticos provenientes da nossa 
alimentação 
- Transforma os elétrons armazenados durante o ciclo 
de Krebs em ATP por meio da ATP sintase 
 Anaeróbia – produz pouquíssimos ATP’s – 2 
 
Glicólise – meio pelo qual a glicose pode ser inicialmente 
oxidada 
 - Glicose – principal substrato para reações energéticas 
- Destino aeróbio e anaeróbio 
- Glicólise – via oxidação inicial da glicose 
- Citosol – participa do início de oxidação da glicose 
- Glicólise – 10 reações 
- Produz 2 moléculas de piruvato e poucos ATP’s (2) – saldo 
final 
- Captação celular: GLUT e SGLT – é por meio desses 
transportadores que entra na célula 
 
Glicose é convertida em glicose-6-fosfato 
- A enzima que catalisa essa reação é a Hexoquinase = faz 
com que o grupo fosfato seja adicionado ao carbono 6 
- O ATP que permitiu essa conversão é convertido em ADP 
Organização celular, produção e utilização de energia 
- Gasto de ATP 
Fosforilação (adição de um grupo fosfato) 
Importância funcional: aprisionamento da glicose - quando a 
glicose se liga ao fosfato se tornando glicole-6-fosfato, ela 
não consegue sair do meio intracelular – impede que as 
reações acabem 
Glicose-6-fosfato é convertida em frutose-6-fosfato 
Isso ocorre por um rearranjo de carbonos – isomerização 
- Intuito de deixar a molécula mais simétrica 
- Fechamento do ciclo pentagonal 
- Importância funcional: simetria preparatória para posterior 
hidrólise 
Frutose-6-fosfato é convertida em frutose 1,6-bifosfato 
- Segundo gasto de ATP 
- Objetivo dessa reação: molécula simétrica pronta para 
ocorrer quebra – cada uma fica com o mesmo número de 
carbonos 
Fosforilação 
Importância funcional: Simetria molecular para hidrólise 
- A enzima que catalisa essa reação é a fosfofrutoquinase 
 
Frutose 1,6-bifosfato é convertido em Gliceraldeído-3-
fosfato (GAP) e Di-hidroxiacetona fosfato (DHPA) 
- Quebra da molécula 
- Hidrólise da glicose 
Importância funcional: clivagem em duas (2) moléculas de 3 
carbonos 
- A enzima que catalisa essa reação é a Aldolase 
Di-hidroxiacetona fosfato é convertida em Gliceraldeído-3-
fosfato 
Somente o GAP entra na rota da glicólise 
- Aproveitamento dos 6 carbonos da glicose 
2 moléculas de GAP (gliceraldeído) 
- Mudança no posicionamento molecular 
Importância funcional: reações em dobro 
- A enzima que catalisa essa reação é a Triose fosfato 
isomerase 
 
- Um grupo fosfato é adicionado ao gliceraldeído-3-fosfato 
– há a transferência de elétrons do gliceraldeído-3-fosfato 
para o NAD+ - formação de NADH e íons hidrogênios livre. 
NADH - carreador de elétrons (coenzima) 
- Não existe uma enzima que realize o processamento da Di-
hidroxiacetona, mas existe uma enzima que processa o 
gliceraldeído-3-fosfato – por isso que deve continuar a 
reação somente com o gliceraldeído-3-fosfato 
- Enzima que catalisa: gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase 
- 2 moléculas de gliceraldeído 
- NAD está sendo reduzido 
- O gliceraldeído 3- fosfato é convertido em 1,3-
bifosfoglicerato 
 
 
 
Na via aeróbia após a glicólise vai para o Ciclo do Krebs e 
fosforilação oxidativa 
Na via anaeróbia após a glicólise vai para a fermentação 
homolática (há a produção do lactato) 
1,3-Bifosfoglicerato (altamente energética) é convertido 
para 3-fosfogicerato 
- Ocorre a transferência de fosfato do carbono 1 para a 
molécula de 1,3-bifosfoglicerato e por isso forma o 3 
fosfoglicerato 
- Ao mesmo tempo há a formação do ATP pois a reação 
como um todo entregou energia para outra molécula e fez 
Oxidado – perde elétrons 
Reduzido – ganhar elétrons 
com que a produção química levasse a um grande conteúdo 
energético que permitiu a produção desse ATP 
- A enzima que catalisa essa reação é a fosfoglicerato 
quimase 
- Produção de ATP 
Alto potencial doador de fosfato de ADP para ATP 
Importância funcional: balanço energético: reação de 
pagamento de ATP’s. 
Saldo ATP=0 
 
3-Fosfoglicerato é convertido em 2-fosfoglicerato 
- Transferência do grupo fosfato 
Rearranjo de P 
Importância funcional: preparar o substrato para a reação 
seguinte 
- A enzima que catalisa essa reação é a fosfoglicerato 
mutase 
Mutases- permitem a mudança de posicionamento de 
grupos funcionais dentro de uma mesma molécula 
 
2 fosfoglicerato é convertido para fosfoenolpiruvato (PEP) 
- Desidratação 
- Importância funcional: alto potencial doador fosforila 
 
Fosfoenolpiruvato é convertido em piruvato 
- PEP transfere fósforo ao ADP: fosforilação ao nível do 
substrato 
- Importância funciona: produção de piruvato e ATP (saldo 
energético) 
 
- 2 ATP’s 
Produz 4 (após 5ª reação tudo acontece em dobro) 
- 7ª reação: 1,3-bifosfoglicerato em 3-
fosfoglicerato 
- 10ª reação: fosfoenolpiruvato a piruvato 
Consome 2 
- 1ª reação: glicose a glicose-6-fosfato 
- 3ª reação: frutose-6-fosfato a frutose-1,6-
bifosfato 
- 1 NADH 
- 6ª reação: Gliceraldeído-3-fosfato a 1,3-
bifosfoglicerato 
- 1 Piruvato 
- 10ª reação: fosfoenolpiruvato a piruvato 
 
 
 Piruvato é formado na última reação da glicólise e 
representa um elemento chave para o nosso metabolismo – 
é a partir do piruvato que a nossa célula se direciona para o 
metabolismo aeróbio ou anaeróbio 
Se tem O2 o piruvato é convertido em acetil-CoA e participa 
do ciclo de Krebs 
Se não tem O2, o piruvato é convertido em lactato e há a 
produção de pouquíssimos ATP’s 
 
- Ciclo de Krebs/ Ciclo do ácido cítrico/ Ciclo dos ácidos 
tricarboxílicos 
- Passo central do metabolismo 
- Destino do piruvato (glicose), aminoácidos e ácidos graxos 
no metabolismo aeróbico 
- Energia liberada é conservada nos transportadores de 
elétrons reduzidos a NADH e FADH2 
- Carreadores energéticos doam elétrons para complexos 
da cadeia respiratória – produção de ATP 
- 95% de energia que uma célula humana precisa 
- Oxidação completa da glicose 
- Oxidação dos combustíveis à O2 
 
Importância funcional: produz uma quantidade muito grande 
de carreadores de energia 
 
O ciclo de Krebs acontece dentro da mitocôndria na Matriz 
mitocondrial 
O piruvato tem que entrar dentro da mitocôndria 
- Piruvato possui carga negativa – impede a passagem 
direta pela membrana 
- Membrana externa – difusão simples 
- Membrana interna – Carreador de piruvato mitocondrial – 
piruvato translocase (tira o piruvato da membrana externa 
e passa para a matriz mitocondrial) 
Depois que o piruvato entrou na mitocôndria por meio de 
facilitadores de transporte, ele precisa passar por um 
processo de conversão 
Piruvato precisa ser convertido em acetil-CoA – é 
convertido antes de sua entrada no Ciclo de Krebs 
Essa reação ocorre em etapas sequenciais mediadas pelo 
complexo piruvato desidrogenase – constituído por 3 
grandes famílias de enzimas que catalisam as reações e 
permitem que o piruvato se transforme em Acetil CoA 
 
O piruvato reage com a Coenzima A para formar Acetil CoA 
– formaNADH e CO2 
 
 Conversão de NAD+ em NADH 
- Libera CO2 (descarboxilação oxidativa) – 
catalisada pela enzima piruvato desidrogenase 
Ciclo de Krebs – possui 8 reações e o oxaloacetato é 
regenerado ao final de cada giro do ciclo 
- Formação de citrato 
- Condensação de oxaloacetato (4C) com acetil-CoA (2C) 
- A enzima que catalisa essa reação é a Citrato sintase 
Importância funcional: formar moléculas com 6 carbonos 
Conversão de piruvato em acetil-CoA 
Complexo de piruvato desidrogenase: 
- Piruvato desidrogenase: libera CO2 
- Di-hidrolipoil transacetilase: ligação à coenzima 
A 
- Di-hidrolipoil desidrogenase: utiliza elétrons 
para gerar NADH 
 
- Citrato a Isocitrato 
- Isomerização para mudar posição 
- Importância funcional: posterior retirada de CO2 da 
molécula de isocitrato 
- Rearranjo de átomos para tornar a descarboxilação 
oxidativa 
- Oxidação isocitrato a α-cetoglutarato 
- Descarboxilação oxidativa 
- Importância funcional: produção de NADH 
NAD+ é reduzido e transformado em NADH e 
liberação de CO2 
- Enzima que catalisa essa reação é Isocitrato desidrogenase 
- Oxidação α- cetoglutarato a succinil-CoA 
- Descarboxilação oxidativa 
- Entrada de CoA 
- Importância funcional: produção de NADH 
- A saída de CO2 traz uma energia tão grande que 
possibilita a entrada da CoA 
 
- Conversão succinil CoA a Succinato 
- Oxidação em nível substrato 
- Quebra da ligação trioéster – saída de CoA 
- Importância funcional: formação de ATP 
- Enzima catalisadora: Succinil CoA sintase 
- CoA vai ser quebrada e a energia liberada transforma o 
ADP em ATP 
- Oxidação succinato a fumarato 
- Conversão de FAD em FADH2 – a quantidade energética é 
menos que NADH consegue conduzir 
- Dois H+ são removidos do succinato 
- Importância funcional: formação de FADH2 
- Enzima que catalisa a reação: succinato desidrogenase 
- Hidratação fumarato a malato 
- Reação de hidratação 
- Importância funcional: rearranjo molecular, via hidratação, 
fundamental para formar composto altamente energético 
na próxima reação 
- Enzima Fumarase 
- Oxidação malato a oxaloacetato (ciclo pode ser repetido 
com uma nova molécula de Acetil-CoA) 
- Dois H+ são removidos 
- Importância funcional: produção de NADH 
- Enzima Malato desidrogenase 
- Meio fica acidificado (fisiológica) 
 
Ciclo de Krebs 
- Fechamento do piruvato até o final do ciclo: 
- 4 NADH 
- Piruvato em acetil-CoA 
- 3ª reação: oxidação de isocitrato a α- 
cetoglutarato 
- 4ª reação: oxidação de α- cetoglutarato a 
succinil-CoA 
Qual a importância de formar NADH? 
- Potencial energético alto 
- Formação de ATP’s na cadeia 
respiratória 
-8ª reação: oxidação do malato a oxaloacetato 
- 1 FADH2 
- 6ª reação: oxidação de succinato a fumarato 
- 1ATP 
- 5ª reação: conversão de succinil-CoA em 
succinato 
- Representa o fim das rotas metabólicas de produção de 
energia em organismos aeróbios. 
- Oxidação de NADH e FADH2 – síntese de ATP 
- Ocorre na membrana interna da mitocôndria – cristas 
mitocondriais 
- Membrana mitocondrial externa: 
Permeável a pequenas moléculas 
- Membrana mitocondrial interna: 
- Impermeável ao trânsito de substâncias e 
elétrons 
- Translocadores de elétrons – lançadeiras – levam 
elétrons para o interior das mitocôndrias e 
regeneram NAD+ 
- Lançadeira malato- aspartato: fígado, rim e 
coração 
- Lançadeira glicerol-fosfato: músculo esquelético e 
encéfalo 
Os carreadores de elétron NADH e FADH2 vão 
ingressar nessa cadeia e entregarão a energia que 
estão carreando e isso sinaliza pra síntese de ATP 
A membrana mitocondrial interna é muito seletiva – 
precisa de translocadores (lançadeiras) que 
permitam essa chegada de NADH e FADH2. 
A transferência de elétrons do NADH ou do FADH2 
para o oxigênio ocorre por meio de intermédios 
- NADH ou FADH2 passam pela cadeia de 
transporte de elétrons chegando ao oxigênio 
molecular – o aceptor final de elétrons 
- Elétrons transferidos diretamente para O2 – 
ineficiência para produzir ATP 
- Cada etapa na transferência de elétrons libera 
uma quantidade de energia – permite que a 
oxidação do NADH e do FADH2 impulsione a síntese 
de ATP 
 Componentes da Cadeia de transporte de elétrons 
- Constituída de quatro grandes estruturas: 
complexos 1 a 4 
Complexo 1: NADH desidrogenase 
Complexo 2: succinato desidrogenase 
Complexo 3: ubiquinona – citocromo e 
oxidorredutase 
Complexo 4: citocromo e oxidase 
 
 
O par de elétrons é liberado para metade de uma molécula 
de O2 gerando íons oxigênio (o-) que atraem, portanto, o H+ 
e formam água. 
Cadeia respiratória e fosforilação oxidativa 
Síntese de ATP – teoria quimiosmótica 
- Bombeamento de prótons da matriz para o espaço 
intermembrana 
Força próton motora: diferença de h+ entre os lados da 
membrana 
Prótons – bombeados para retornar a mitocôndria 
ATP sintase 
A passagem de prótons libera energia 
**ATP 
 
4 prótons para a formação de 1 ATP 
- NADH – 10 prótons para espaço intermembrana – 2,5 
ATP’s 
FADH2 – 6 prótons para espaço intermembrana – 1,5 
ATP’s 
- O retorno dos prótons ao interior da mitocôndria é um 
processo espontâneo a favor do gradiente eletroquímico, 
que libera energia capaz de levar à síntese de ATP 
Subunidades se movem quando os prótons H+ passam do 
espaço intermembrana para a matriz mitocondrial 
ATP sintase 
ADP + Pi = ATP 
- 3H+ - atividade da ATPsintase 
- 11H+ - transporte de Pi para ATPsintase 
- 4H+ para liberar ATP