Bioquímica

Profª. Ana Elisa Matias

Respiração Celular

Metabolismo

• Metabolismo é o conjunto de transformações e

reações químicas através das quais se realizam os

processos de síntese, degradação (ou

decomposição) das células.

• Este fenômeno está relacionado com três funções vitais:

– nutrição (inclusão de elementos essenciais no organismo),

– respiração (oxidação desses elementos essenciais para

produção de energia química) e

– síntese de moléculas estruturais (utilizando a energia

produzida).

2

Metabolismo

• O processo metabólico se divide em dois grupos

denominados anabolismo (reações de síntese)

e catabolismo (reações de degradação).

– Anabolismo são reações químicas construtivas, ou seja,

produzem nova matéria orgânica nos seres vivos e por isso

consomem energia. Por exemplo, a síntese de proteínas no

tecido muscular a partir de aminoácidos.

– Catabolismo são reações químicas destrutivas, ou seja, há

uma quebra de substâncias e consequente liberação de energia.

Por exemplo, a quebra da molécula de glicogênio com liberação

de glicose.

3

Metabolismo

• A energia para a manutenção da vida provém da

degradação das moléculas orgânicas (carboidratos,

lipídios, proteínas) que o organismo utiliza como

alimento.

4

• Nossas células, por

exemplo, oxidam

moléculas de certos

nutrientes absorvidos,

degradando-as a

moléculas de água e de

gás carbônico e obtendo

a energia para suas

atividades vitais.

Metabolismo

• Nos seres vivos, a energia obtida das moléculas

orgânicas degradadas não é transferida diretamente

para os processos celulares: ela é primeiramente

armazenada em moléculas de trifosfato de adenosina

(ATP), cuja função é captar energia liberada nas

reações químicas e transferi-la quando a célula

necessitar.

• O metabolismo basal (mb) é a quantidade de calorias ou

energia, durante o repouso, que o corpo necessita fazer

funcionar todos os órgãos.

5

Como a energia é armazenada

na célula?

Nas ligações fosfato da molécula de ATP.

Adenosina Trifosfato (ATP)

• Função: armazenamento temporário de energia.

• Estrutura: Os ATPs são formados por uma molécula de adenosina

(base nitrogenada adenina + açúcar ribose) combinada a três

radicais fosfato ligados em cadeia. A energia liberada pela quebra

de nutrientes é temporariamente armazenada nas ligações da

cadeia de fosfatos.

7

• Armazena nas suas ligações fosfatos a energia

liberada na quebra da glicose.

• Quando a célula precisa de energia para realizar

alguma reação química, as ligações entre os fosfatos

são quebradas, energia é liberada e utilizada no

metabolismo celular.

Adenosina Trifosfato (ATP)

9

Adenosina Trifosfato (ATP)

Adenosina Difosfato (ADP)

• Quando a célula precisa de energia para fazer funcionar uma

bomba de sódio e potássio, por exemplo, ela irá quebrar a molécula

de ATP.

• Essa quebra é bastante simples, uma vez que é feita por hidrólise

(quebra pela água). Assim, quebra-se a ligação entre o 2º e o 3º

grupo fosfato e libera-se a energia que mantinha esses dois

grupamentos ligados.

• Dessa maneira, ao fim da quebra

dessa molécula, temos um grupo

fosfato livre e uma molécula de

ADP.

10

Aceptores intermediários de

Hidrogênio

• NAD e FAD

• São aceptores intermediários de hidrogênio, ligando-se

a prótons H+ “produzidos” durante as etapas da

respiração e cedendo-os para o oxigênio, que é aceptor

final de hidrogênios.

Um pouco mais sobre o nicotinamida

adenina dinucleotídeo (NAD)

• Também conhecido por dinucleótido de nicotinamidae adenina ou ainda difosfopiridina nucleotídeo.

• É uma coenzima que apresenta dois estados deoxidação: NAD+ (oxidado) e NADH (reduzido).

• A forma NADH é obtida pela redução do NAD+ com doiselétrons e aceitação de um próton (H+).

NAD+ + H+ + 2e- NADH

12

NAD

H+

●¯ + H+

• Trata-se de um composto orgânico (a forma ativa davitamina B3) encontrado nas células de todos osseres vivos e usado como "transportador deelétrons" nas reações metabólicas de oxi-redução.

• Em sua forma reduzida (NADH) faz a transferênciade elétrons durante a fosforilação oxidativa.

2 Hidrogênios14

15

Flavina adenina dinucleotídeo

(FAD)

H+

H+

• É o processo de conversão ou “extração” da energia das

ligações químicas das moléculas orgânicas que será

utilizada para todas as formas de trabalho biológico.

• A organela responsável por esse mecanismo é a

mitocôndria. Neste processo ocorre a liberação de dióxido

de carbono e energia e o consumo de oxigênio e glicose, ou

outra molécula orgânica.

RESPIRAÇÃO CELULAR

RESPIRAÇÃO CELULAR

Respiração Aeróbica

• processo pelo qual a glicose é degradada em CO2 e

H2O na presença de oxigênio.

• Rendimento 38 ATPs por molécula de glicose

quebrada.

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 38 ATP

RESPIRAÇÃO CELULARNa respiração aeróbia, a

desmontagem da glicose pode ser reduzida assim:

1.Quebra gradativa das ligações entre os carbonos e saída de CO2

DESCARBOXILAÇÃO

2. Remoção dos hidrogênios da glicose em vários momentos do

processo DESIDROGENAÇÃO

3. Queima dos hidrogênios, na cadeia respiratória

OXIDAÇÃO

4. Liberação de energia capturada pelo sistema ADP ATP e formação

de água

5. Na ausência de O2, o processo no interior da mitocôndria é

interrompido e tem início a fermentação

ACEPTORES

INTERMEDIÁRIOS

DEHIDROGÊNIO

substâncias que retiram

hidrogênio dos derivados

da glicose e cedem ao

oxigênio

Fases:

1. Anaeróbia (glicólise): não necessita de oxigênio paraocorrer e é realizada no citoplasma ou hialoplasma.

2. Aeróbia (ciclo de Krebs e cadeia transportadora deelétrons): requer e presença de oxigênio e ocorredentro das mitocôndrias

Respiração Aeróbica

MITOCÔNDRIAS – RESPIRAÇÃO CELULAR PRODUÇÃO DE ATP

I- GLICÓLISE – Quebra da glicose - ATP

II- CICLO DE KREBS - Conjunto de reações que formam CO2 - NADH2 - FADH2 - ATP

III- CADEIA RESPIRATÓRIA – Produção de moléculas de ATP – H20

ETAPAS DA RESPIRAÇÃO CELULAR

3 - FOSFATOS

PENTOSE

RIBOSE

BASE NITOGENADA

ADENINA

LIGAÇÕES RICAS EM ENERGIA CALORÍFICA

A

T

P

LOCAIS DA RESPIRAÇÃO CELULAR

CRISTAS

MATRIZ

2a. CICLO DE KREBS

3a. CADEIA

RESPIRATÓRIA

1a. GLICÓLISE

HIALOPLASMA

M I T O C Ô N D R I A S

MEMBRANA EXTERNA

MEMBRANA INTERNA

• Formada por 2 membranas;

• A membrana externa é lisa e controla aentrada/saída de substâncias da organela;

• A membrana interna contém inúmeras pregaschamadas cristas mitocondriais, onde ocorre acadeia transportadora de elétrons;

24

MITOCÔNDRIA

• Cavidade interna é preenchida por uma matriz viscosa,

onde podemos encontrar várias enzimas envolvidas com

a respiração celular, DNA, RNA e pequenos ribossomos.

É nessa matriz mitocondrial que ocorre o ciclo de Krebs.

MITOCÔNDRIA

• Os carboidratos, as biomoléculas mais abundantes na

natureza, são as fontes universais de nutrientes para as

células humanas.

• A glicose é o carboidrato mais importante.

• Nas células, a glicose é degradada ou armazenada por

diferentes vias.

• A glicólise transforma a glicose em duas moléculas de

piruvato (ou lactato) posteriormente, degradado para a

produção de energia. 26

Glicólise (via de

Embden−Meyerhof−Parnas)

Glicólise

• Quebra da glicose em duas moléculas de piruvato +

NADH + ATP

• O glicogênio, a forma de armazenamento da glicose nos

mamíferos, é sintetizado pela glicogênese. As reações

da glicogenólise desdobram o glicogênio em glicose.

• É também possível sintetizar glicose a partir de

precursores não−carboidratos pelo mecanismo

chamado gliconeogênese.

• A via das pentoses−fosfato converte a glicose em

ribose−5−fosfato (o açúcar utilizado para a síntese dos

nucleotídeos e ácidos nucléicos) e outros tipos de

monossacarídeos. O NADPH, um importante agente

redutor celular, é também produzido por essa via.

28

Glicólise

29

• A oxidação completa da D-glicose ocorre com umavariação da energia livre padrão de -2840kJ/mol,que pode ser empregada para produzir ATP demaneira aeróbica e anaeróbica.

30

Glicólise

• Nos vegetais superiores e nos animais, a glicose tem

três destinos principais:

(a) Pode ser armazenada como polissacarídeo ou como

sacarose.

31

(b) Pode ser oxidada a compostos de três átomos de

carbono (piruvato) por meio da glicólise.

32

• Pode ser oxidada a pentoses, por meio das pentoses

fosfatos (rota do fosfogliconato).

GSH – glutationa (forma reduzida)

GSSG – glutationa (forma oxidada)

33

34

Glicólise

• Função: quebra de moléculas de glicose e formação do piruvato (ácido pirúvico).

• Local: citosol

• Procedimento:– Glicose 2 piruvato: liberação de hidrogênio e energia.

– 2NAD 2NADH .

– Produção:4 ATP Gasto: 2ATP

– Saldo energético: 2 ATP

• O piruvato formado entra na mitocôndria e é convertido em acetil CoA, que segue para o ciclo de Krebs.

35

Glicólise• Ocorre no citosol da célula e consiste na degradação

da glicose, por ação enzimática, a fim de produzir

duas moléculas de piruvato.

• Durante as reações da glicólise, parte da energia livre

liberada é conservada na forma de ATP e NADH.

ATP

36

• Em certos tecidos e tipos celulares de

mamíferos como eritrócitos, medula renal,

cérebro e esperma, por exemplo, a glicose, por

meio da glicólise, é a única fonte de energia

metabólica.

• Fermentação

- Termo geral que denota a “degradação

anaeróbica da glicose ou de outros nutrientes

orgânicos em vários produtos para obter energia

conservada na forma de ATP”.

37

• O processo da glicólise difere de uma espécie para

outra apenas em detalhes da sua regulação e no destino

metabólico subsequente do piruvato formado.

• A oxidação da glicose (glicólise) para a formação de

duas moléculas de piruvato (3 átomos de C, cada)

ocorre em uma sequência de 10 passos.

• A via glicolítica é dividida em duas etapas que têm por

objetivo a síntese de energia e a formação de piruvato

38

Fase preparatória (5 primeiros passos).

Passo 1: fosforilação da glicose no grupo hidroxila em C-6

para liberar glicose-6-fosfato.

- A molécula de glicose que entra nos tecidos é fosforilada (ganha um

grupo fosfato) com gasto energético de uma molécula de ATP, dando

origem à glicose-6-fosfato e ADP.

Doador de

fosfato: ATP

39

VIA GLICOLÍTICA

• Trata-se de uma reação irreversível, catalisada

pela enzima hexoquinase.

IMPORTANTE: o nome comum quinase

(transferase) é aplicado a todas as enzimas que

catalisam a transferência do grupo fosfato

terminal do ATP para um receptor nucleofílico

qualquer. Ex.: hexose, no caso da hexoquinase.

40

• Para ser ativa, a hexoquinase, assim como muitas

outras quinases, requer Mg2+, atuando como cofator

da enzima, já que o substrato da enzima é o

complexo MgATP2-.

41

- Passo 2: a D-glicose-6-fosfato assim formada é

convertida em D-frutose-6-fosfato.

Fosfoexose

isomerase

Mg2+

Fosfoexose

isomerase

Mg2+

OBS: A enzima fosfoexose isomerase é também chamada de fosfoglicoisomerase

42

• A enzima fosfoexose isomerase (fosfoglicoisomerase) catalisa a isomerização reversívelde uma aldose, a glicose-6-fosfato, em umacetose, a frutose-6-fosfato.

• A fosfoexose isomerase é específica para essetipo de reação.

• A reação está em equilíbrio químico, e suavelocidade de conversão em ambos os sentidosé rápida devido a baixa energia livre padrãoenvolvida no processo (∆Go = - 1,7 kJ/mol).

43

- Passo 3: fosforilação da frutose-6-fosfato

em frutose-1,6-bifosfato.

44

• Há, portanto, a transferência de um grupo fosfato do

ATP para a frutose-6-fosfato catalisada pela

fosfofrutoquinase 1 (PFK-1).

• A reação é irreversível nas condições celulares.

• Algumas bactérias e protistas e, talvez, todos os

vegetais possuem uma fosfofrutoquinase que usa o

pirofosfato (PPi), e não o ATP, como o doador do

grupo fosfato na síntese da frutose-1,6-bifosfato.

45

Pirofosfato (PPi)

46

- Passo 4: Clivagem da frutose-1,6-bifosfato em

duas trioses.

aldolase

47

• Catalisada pela enzima frutose-1,6-bifosfato aldolase

(reação de condensação reversível).

• A clivagem resulta em duas trioses fosfatos diferentes: o

gliceraldeído-3-fosfato (aldose) e a diidroxiacetona

fosfato (cetose).

• A via glicolítica é alimentada apenas por uma das duas

trioses: gliceraldeído-3-fosfato.

48

- Passo 5: A interconversão das trioses fosfato.

IMPORTANTE!!!

Apenas o gliceraldeído-3-fosfato pode ser

degradado diretamente nos passos subsequentes

da glicólise.

Entretanto, a diidroxiacetona fosfato é rápida e

reversivelmente convertida em gliceraldeído-3-

fosfato pela enzima triose fosfato isomerase.

49

• Passo 5: A interconversão das trioses fosfato.Essa reação completa a fase preparatória da Glicólise.

triose fosfato isomerase

(a)50

• Importante!!!

- Duas moléculas de ATP precisam ser

investidas para ativar, ou iniciar, a

molécula de glicose para sua quebra em

duas partes com 3 carbonos!!

- Depois haverá um retorno positivo para

esse investimento.

51

• Dessa forma,

“na fase preparatória da glicólise, a energia do

ATP é investida, e as cadeias carbônicas de

todas as hexoses são convertidas em

gliceraldeído-3-fosfato”.

52

53

• Fase de pagamento: conversão do gliceraldeído-3-fosfato em piruvato com formação de ATP.

A cada duas moléculas de gliceraldeído-3-fosfato convertida em duas moléculas depiruvato, há a formação de quatro moléculas deATP.

Entretanto, o rendimento líquido de ATP pormolécula de glicose degradada é apenas dois, jáque duas moléculas de ATP são investidas nafase preparatória da glicólise.

54

55

• Passo 6. Oxidação do gliceraldeído-3-fosfato em 1,3-

bifosfoglicerato. Catalisador: gliceraldeído-3-fosfato

desidrogenase.

Gliceraldeído-3-

fosfato

desidrogenase

56

• Nessa etapa, o grupo aldeído de gliceraldeído-3-fosfato é desidrogenado, formando o grupo acil-fosfato.

• A coenzima NAD+ é o receptor de hidrogênio dareação catalisada, para liberar a coenzima reduzidaNADH.

• O outro átomo de hidrogênio da molécula do substratoaparece em solução como H+.

O NADH é continuamente

reoxidado para permitir que a

remoção de H+ ocorra de

forma ininterrupta, enquanto

exista gliceraldeído-3-fosfato.57

• Passo 7. Transferência do fosfato do 1,3-

bifosfoglicerato para o ADP. Enzima de

transferência: fosfoglicerato quinase.

58

• O grupo fosfato de alta energia é transferido do grupo

carboxila do 1,3-bifosfoglicerato para o ADP, formando

ATP e 3-fosfoglicerato.

• Os passos 6 e 7 constituem um processo acoplador

de transferência de energia.

Intermediário comum: 1,3-bifosfoglicerato:

- No passo 6, é formado em uma reação endotérmica.

- No passo 7, transfere um grupo fosfato ao ADP em

uma reação fortemente exotérmica.

59

• A soma das reações em sequência é:

Tratam-se de reações reversíveis.

- A energia na oxidação de um aldeído a um grupo

carboxilato é conservada pela formação concomitante

de ATP com emprego de ADP e Pi.

60

• Obs.:

A formação de ATP pela transferência de um grupofosfato de um substrato como o 1,3-bifosfoglicerato éreferida como fosforilação no nível do substrato.

É diferente do mecanismo conhecido comofosforilação ligada à respiração. Neste, as enzimasenvolvidas estão presas em membranas, enquanto nafosforilação no nível do substrato, as enzimas sãonormalmente intermediários químicos solúveis.

61

• Passo 8. Conversão do 3-fosfoglicerato em 2-

fosfoglicerato, auxiliada pela enzima fosfoglicerato

mutase.

Trata-se da transferência reversível do grupo fosforil

entre C-2 e C-3 do glicerato.62

• O nome geral mutase é dado a enzimas que

catalisam a transferência de um grupo funcional de

uma posição para outra na mesma molécula de

substrato.

• As mutases são uma subclasse das isomerases,

enzimas que interconvertem estereoisômeros,

isômeros estruturais ou posicionais.

Isômeros estruturais

Isômeros posicionais 63

• Passo 9. Desidratação do 2-fosfoglicerato para

fosfoenolpiruvato catalisada pela enzima enolase.

O fosfoenolpiruvato é um composto com alto

potencial de transferência de grupo fosforil.

64

• IMPORTANTE!!!

A enzima enolase promove a reação REVERSÍVEL

da molécula de água do 2-fosfoglicerato para liberar o

fosfoenolpiruvato.

ENOLASE 65

• Passo 10. Transferência do grupo fosforil do

fosfoenolpiruvato para o ADP catalisada pela enzima

piruvato quinase.

66

A enzima piruvato quinase requer K+ e ou Mg2+ ou

Mn2+ como promotores catalíticos.

IMPORTANTE!!

- Na reação de fosforilação, o piruvato aparece

inicialmente na sua forma enol mas rapidamente

tautomeriza (isomeria funcional) para liberar a forma

cetônica do piruvato, que predomina em pH 7,0.

67

• A reação é altamente energética e exotérmica, o que

facilita a ligação do grupo fosfato ao ADP e a

formação de ATP.

• A reação do piruvato quinase é essencialmente

irreversível sob condições intracelulares e é um

importante sítio de regulação

• Dessa forma, a equação geral da glicólise em

condições aeróbicas pode ser descrita como:

68

FÓRMULA DA GLICÓLISE

Glicose + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ ---> 2 moléculas de ácido

pirúvico + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O

Observar:

- a fosforilação de 2 moléculas de ADP;

- A redução de 2 moléculas de NAD+.

70

• Lembrando que:

- O principal objetivo da glicólise é promover a quebra deuma molécula orgânica (glicose) a fim de liberar energia(ATP) para seja utilizada no processo de respiraçãocelular.

- As duas moléculas de NADH liberadas entre o passo 5 e6 transferem energia ao ATP na ultima fase darespiração celular.

71

• Os dois piruvatos liberados (saldo positivo) são, em

seguida, transferidos para a mitocôndria (matriz

mitocondrial) para que se tenha início o ciclo do ácido

cítrico.

72

• O início do ciclo do ácido cítrico consiste na

passagem do ácido pirúvico pela membrana da

mitocôndria com liberação de CO2 (aeróbico).

• O piruvato, sofre o processo de descarboxilação, sendo

convertido em acetil-CoA o qual será utilizado para dar

início a via aeróbica de produção de energia

denominada ciclo de Krebs

73

• Para cada glicose quebrada, dois piruvatos foram

formados e assim duas espécies acetil-CoA.

• No processo de quebra de uma ligação com CO2

energia é liberada e armazenada pelo NAD+ que se

transforma em NADH, armazenador de energia.

• Dessa forma são formados dois NADH

74

75

Ciclo de Krebs

• Nomes: ciclo do ácido cítrico ou ácido tricarboxílico.

• Mentor: Hans Adolf Krebs, (1953)

• Local: matriz mitocondrial

• Procedimento:

– Acetil-coenzima A (acetil-CoA): entra no ciclo de Krebs.

– Ciclo de Krebs: liberação de CO2, ATP, NADH, FADH2

– Cada ciclo de Krebs forma: 1 ATP, 2CO2, 3NADH e 1FADH2.

• Obs.: Todo o gás carbônico liberado na respiração provém da formação do acetil e do ciclo de Krebs.

76

• O Acetil-CoA, componente fundamental

e transversal no metabolismo dos seres

vivos, forma-se a partir do catabolismo

das três biomoléculas principais a nível

energético

• A partir dos açúcares (graças ao

intermediário piruvato), por

descarboxilação oxidativa; a partir dos

lípidos que se decompõem em ácidos

gordos livres, por Beta-oxidação (não

será aprofundado este mecanismo visto

ter sido abordado anteriormente); a

partir das proteínas, por desaminação

oxidativa dos aminoácidos cetogénicos

77

O ciclo do ácido cítrico ou de Krebs consiste numa

série de 8 reações metabólicas que constituem a via

final comum para a oxidação de moléculas alimentares

e inicia-se num metabolito comum a todas as vias, a

Acetil-CoA;

Introdução

E um processo aeróbio pois o único mecanismo que,

na mitocôndria, permite a regeneração de NAD+ e de

FAD, consome O2 (cadeia respiratória).

78

79

O Ciclo do Ácido Cítrico possui oito passos

Etapa 1: Formação do citrato É reciclada para formar

outra molécula de acetil-

CoA na descarboxilação

de outra molécula de

piruvato

Irreversível

ou ácido cítrico

80

Etapa 2: Formação do isocitrato via cis-aconitato

É um ácido

tricarboxílico

que não se

dissocia do

sítio ativo

desidratação hidratação

• Objetivo: troca da posição da hidroxila para um carbono adjacente81

Etapa 3: Descarboxilação do isocitrato à -cetoglutarato e CO2

Descarboxilaçã

o oxidativa

• A enzima promove a descarboxilação do isocitrato a cetoglutarato

• Libera-se energia para redução do NAD+ a NADH + H+82

Etapa 4: Descarboxilação do -cetoglutarato a succinil-CoA e

CO2

Descarboxilaçã

o oxidativa

Carreador do

grupo succinil

• Nesta etapa ocorre a liberação da 2º molécula de CO2

• Liberação de energia para redução de NAD+ a NADH

• Adição de uma molécula de CoA-SH originando succinil-CoA. 83

Etapa 5: Conversão do succinil-CoA em succinato

Tem uma energia livre de hidrólise de

sua ligação tioéster forte e negativa.

A energia liberada no rompimento

desta ligação é empregada para

dirigir a síntese de ATP ou GTP

(guanina).

84

O GTP é utilizado na formação de um ATP pela nucleosídiodifosfocínase ( permite a transferencia do fosfato terminal doGTP)

Assim, esta reação é o único exemplo no ciclo do ácido cítricoem que há formação de um fosfato de alta energia ao “nível dosubstrato”

85

Etapa 6: Oxidação do succinato a fumarato

• Nos eucariotos, a succinato desidrogenase

está firmemente ligada à membrana

mitocondrial interna; nos procariotos ela é

ligada a membrana plasmática. É a única

enzima do ciclo do ácido cítrico ligada à

membrana.

• O malonato, um análogo do succinato, é um

potente inibidor competitivo da succinato

desidrogenase, logo é um bloqueador do

ciclo do ácido cítrico.86

Etapa 7: Hidratação do fumarato para produzir malato

Esta enzima é altamente estereoespecífica;

ela catalisa a hidratação da dupla ligação

trans do fumarato, porém não é capaz

de agir no maleato (isômero cis do fumarato)

Na direção inversa, a fumarase é igualmente

estereoespecífica: o D-malato não é um

substrato.87

A oxidação do malato a oxaloacetato

O equilíbrio desta reação está muito deslocado para a esquerda sob as

condições termodinâmicas padrão. Entretanto, nas células intactas, o

oxaloacetato é continuamente removido pela reação da citrato sintase

que é altamente exergônica. Isso conserva a concentração de

oxaloacetato na célula em valores extremamente pequenos (10-6M),

deslocando a reação na direção de formação de oxaloacetato.

88

Produtos de uma volta do ciclo do ácido cítrico

Cada volta do ciclo do

ácido cítrico produz três

NADH e um FADH2, bem

como um GTP (ou um

ATP). Dois CO2 são

produzidos nas reações

de descarboxilação

oxidativa.

Os 2 átomos de C que aparecem

com CO2 não são os mesmos 2C

que entraram no ciclo na forma de

grupo acetil; são necessárias

várias voltas no ciclo para que

isso aconteça.

89

Importância

• A função principal de ocorrer o ciclo do ácido cítrico é a

geração de energia, direta ou indiretamente, na forma

de ATP ou

• Produção de elétrons altamente energéticos e prótons.

Esses produtos passarão por outro processo

denominado Sistema Transportador de Elétrons que

será a etapa mais eficiente e altamente energética.

• É importante destacar outro aspecto desse ciclo : a

formação de metabólitos que são utilizados em outros

processos.90

Estágio 2

oxidação de

acetil-CoA

Acetil-CoA

Transportadores de e-

reduzidos

Ciclo do

ácido cítrico

Qual o destino destes

transportadores de e-

?

91

• É o conjunto de substâncias presentes nas cristas da

membrana interna da mitocôndria, onde ocorrem reações

de óxido-redução, fornecendo a energia necessária para

a ressíntese do ATP, ocorrendo também a formação de

H2O.

• Composta por:

- Quatro complexos proteicos I a IV;

- duas moléculas conectoras móveis: coenzima Q

(ubiquinona) e o Citocromo C (Cyt c).

CADEIA RESPIRATÓRIA OU CADEIA

DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS

Os átomos de hidrogênio retirados pelo NAD dos esqueletos

de carbono durante a GLICÓLISE e o ciclo de KREBS são

transportados por várias moléculas até o oxigênio, formando

H2O e ATP.

Transporta elétrons desde o NADH e o FADH2 até o O2 e

simultaneamente bombeia prótons H+ (nos complexos

protéicos I, III e IV) da matriz mitocondrial (lado negativo, N)

para o espaço intermembrana (lado positivo, P).

FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA

É o processo metabólico de síntese de ATP a partir da energia

liberada pelo transporte de elétrons na cadeia respiratória.

Este processo depende de dois fatores:

• da energia livre obtida do transporte de elétrons;

• de uma enzima transportadora denominada ATPsintase ou

ATPase.

• Fim das rotas metabólicas de produção de energia em

organismos aeróbicos

• Representa o estágio 3º do processo

– Acoplamento da oxidação de NADH e FADH2 e síntese de ATP

• É o principal sítio de produção de ATP

• Envolve o consumo de O2 e formação de H20

Teoria Quimiosmótica

- Fluxo de elétrons por carreadores

criam um gradiente de concentração

de prótons na membrana mitocondrial

- A quebra deste gradiente está acoplada

com a síntese de ATP 95

• LOCAL: MITOCÔNDRIA

- Organela de eucariotos possui duas membranas:

Membrana Mitocondrial externa - MME Permeável a

pequenas moléculas

Membrana Mitocondrial interna - MMI Impermeável a

maioria das moléculas - Inclusive H +

- Necessidade de transportadores de membrana

Espaço intermembranal

-Cristas membranais

96

A fosforilação oxidativa envolve a redução do O2 a

H2O com elétrons doados pelo NADH e FADH2.

97

O complexo I é

também chamado de

complexo da NADH

desidrogenase.

- Na reação catalisada pelo

complexo I, a ubiquinona

oxidada (UQ) aceita um íon

hidreto (2 e- e um H+) do NADH e

um próton da água na matriz.

UQ

98

- O complexo II é a enzima succinato desidrogenase.

- Os e- alcançam a ubiquinona via complexos I e II.

- A ubiquinona reduzida UQH2 funciona como um transportador

movél de elétrons e prótons.

99

- O complexo III também é chamado de complexo dos

citocromos bc1.

- A UQH2 passa e- ao complexo III, que os passa a uma outra

conexão móvel, o citocromo c.100

- O complexo IV transfere elétrons do citocromo c reduzidoao O2.

- Os citocromos são proteínas transportadoras de elétronsque contêm ferro.

- O complexo IV é

também chamado de

citocromo oxidase.

101

-O fluxo de elétrons pelos complexos I, III e IV éacompanhado do fluxo de prótons da matriz para o espaçointermembranas.

- A energia de transferência dos elétrons é eficientementeconservada em um gradiente de prótons.

102

COMO UM GRADIENTE DE

CONCENTRAÇÃO DE

PRÓTONS É

TRANSFORMADO EM ATP?

103

A membrana mitocondrial interna separa dois compartimentos

de diferentes [H+], resultando em diferenças na concentração

química (pH) e distribuição de cargas através da membrana.

O resultado é a força próton-motora.104

Potencial químico pH

(interior alcalino)

Potencial elétrico

(interior negativo)

Síntese de ATP

dirigida pela força

próton-motora

Espaço intermembranas

Matriz

105

Seletividade da membrana interna da mitocôndriaMembrana externa:

livremente permeável a

pequenas moléculas e íons

Membrana interna: seletiva –

impermeável a íons e

pequenas moléculas

Matriz mitocondrial:

contém enzimas do

ciclo do ácido cítrico,

proteínas da cadeia

respiratória, enzimas

da oxidação de ácido

graxos e

aminoácidos

106

A transferência de prótons através da membrana, produz

tanto um gradiente químico (pH) como um gradiente elétrico

().

A membrana mitocondrial interna é impermeável aos prótons;

Os prótons podem reentrar na matriz apenas através de

canais próton-específicos (Fo);

A força próton-motora, que leva os prótons de volta para a

matriz, fornece energia para síntese de ATP, catalisada pelo

complexo F1, associado ao Fo.

107

A fosforilação oxidativa tem 3 aspectos importantes:

1. Envolve o fluxo de e- através de uma cadeia de

transportadores ligados à membrana;

2. A E livre está acoplada ao transporte dos prótons através

da membrana interna;

3. O fluxo dos prótons fornece a E livre para síntese de ATP,

catalisada pela ATP sintase, que acopla fluxo de prótons à

fosforilação do ADP.

108

ATP SINTASE

têm dois domínios funcionais: Fo e F1

é um grande complexo enzimático presente na membrana

mitocondrial interna.

Catalisa a formação de ATP a partir do ADP e Pi

acompanhado pelo fluxo de prótons.

Também chamado de complexo V.

109

A enzima ATP sintase ou ATPase está distribuída em duas

frações funcionais:

FRAÇÃO FO Atua como um canal de prótons

através da membrana mitocondrial

interna.

FRAÇÃO F1

Ligada à membrana mitocondrial

interna pela Fração FO, possui

atividade de síntese de ATP. Quando

dissociada da fração FO, possui apenas

capacidade de hidrolisar ATP.

Fo: é uma proteína integral de membrana;

F1: é uma proteína periférica de membrana.

A formação de ATP na

enzima necessita de

pouca energia;

O papel da força próton-

motora é empurrar ATP

do seu sítio de ligação

na sintase.

111

112

A estequiometria da redução das coenzimas e da formação de ATP na

oxidação aeróbica de uma molécula de glicose por meio da via glicolítica

seguida da reação da piruvato desidrogenase, do ciclo do ácido cítrico e

da fosforilaçao oxidativa.

Cada NADH

= 2,5 ATP

Cada FADH2

= 1,5 ATP

113

Estequiometria da síntese de ATP

NADH O2 = 10H+/2e- 10H+/4H+ = 2,5 ATP

Succinato (FADH2) O2 = 6H+/2e- 6H+/4H+ = 1,5 ATP

ADP + Pi + 3H+p ATP + H2O + 3H+

nAdenina nucleotídeo e Pi translocase: 1H+

Produção de ATP na oxidação completa de glicose Processo Produto ATP final

Glicólise 2 NADH (citosólico) 5

2 ATP 2

Oxidação do piruvato (2 por glicose)

2 NADH (mitocondrial) 5

Oxidação de acetil-CoA no ciclo de Krebs

6 NADH (mitocondrial) 15

(2 por glicose) 2 FADH2 3

2 ATP ou GTP 2

Produção total por glicose 32114