AULA BIOENERGETICA [Modo de Compatibilidade]
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Bioenergética e Oxidações Biológicas
Células e organismos necessitam realizar trabalho para: a manutenção da vida,
crescimento e para sua reprodução.
Trabalho químico:síntese dos componente celulares
Trabalho osmótico: acúmulo e retenção de sais e outros compostos contra gradiente de concentração
Trabalho mecânico:contração muscular e movimentação de flagelos
Bioenergética descreve como osorganismos vivos capturam,
transformam e usam energia.
ATP
FAD
CatabolismosProdução de energia
CarboidratosLipídeoProteína
AnabolismosSíntese de Macromoléculas
Contração muscularTransporte ativo de íons
Termogênese
ATPNADHNADPH
ADP + PiNAD+
NADP+
Metabólicos complexos
Produtos simples
NAD
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Estratégias Tróficas
Esferas representam localização da porção F1 da ATP sintase na membrana mitocondrial interna.
Diagrama dos várioscompartimentossubmitocondriais.
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DEFINIÇÃO DE ΔG (Energia livre de Gibbs)
Leis da Termodinâmicas
1º Lei da conservação de energia: a energia não pode ser criada nem destruída, embora a energia pode ser convertida de uma forma para outra, a energia total de um sistema deve-se manter constante.
2º Lei da conservação de energia: Em todos os processos naturais a entropia do universo aumenta.
ΔG = ΔH - TΔS
S = Entropia:expressão
quantitativa para desordem
e caos: Se os produtos
são menos complexos e mais desordenados:
ganho de entropia∆∆∆∆S = (+)
G = Energia livre: Energia capaz de realizar trabalho
durante uma reação a T e P
constante:Se a reação libera
energia livre ∆∆∆∆G = (-)
exergônicoSe ganha energia
livre∆∆∆∆G = (+)
endergônico
H = Entalpia:conteúdo de calor de um sistema de reação; reflete o número e o tipo de
ligações nos reagentes e produtos
H reg > H prod:∆∆∆∆H = (-) exotémico
H reg <<<<H prod:∆∆∆∆H = (+)
endotérmico
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Respiração AeróbiaEtapas
� Glicólise� Ciclo de Krebs� Cadeia Respiratória
Glicose (6 C)
Piruvato (3 C)
ADP + Pi
ATP
NAD+
NADH
As reações não estão expressadas
estequiométricamente
Glicólise Anaeróbica
Oxidação Aeróbica
Lactato ou CO2 + Etanol
NADH
NAD+
Ciclo de Krebs
Fosforilação Oxidativa
NADH ou FADH2
NAD+ ou FAD+
O2
CO2 + H2O
GDP + Pi
GTP
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Glicólise
� Ocorre no citoplasma e consiste na quebra parcial da molécula de glicose, carregando energeticamente duas moléculas de ATP, liberando duas moléculas de ácido pirúvico que serãoutilizadas na próxima etapa.
� A glicólise da respiração é idênticaà da fermentação.
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Piruvato
Reação preparatória do Ciclo de Krebs: formação de Acetil-CoA
Piruvato desidrogenase
(PDH)(um complexo
multienzimático de
Coenzima A (CoA-SH)
Acetil-CoA
multienzimático de três enzimas)
+ CO2
NAD+
NADH
Reação de descarboxilação
oxidativa
Cofatores: - TPP (tiamina
pirofosfato, derivado da vit. B1)-FAD
- Lipoato
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Ciclo de Krebs
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Complexo piruvato-desidrogenase:
Piruvato + CoA-SH + NAD+ Acetil-CoA + NADH + CO2
Ciclo do ácido cítrico:
Acetil-CoA+3 NAD++FAD+GDP+Pi+2 H2O 2CO2 + CoA-SH+3 NADH+FADH2
Eventual produção de ATP a partir de piruvato(via fosforilação oxidativa):
4 NADH = 10 ATP (2,5 ATP por cada NADH)
Balanço do Ciclo de Krebs
4 NADH = 10 ATP (2,5 ATP por cada NADH)
1 FADH2 = 1,5 ATP (1,5 ATP por FADH2)
1 GTP = 1 ATP
TOTAL: 12,5 ATPs por piruvato ou 25 ATPs pormolécula de glicose
E tem mais!!!:- 2 ATP produzidos na glicólise- 2 NADH produzidos na glicólise (= 5 ATPs)
Somando a glicólise: 32 ATPs por molécula deglicose oxidada!!!
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RESUMO: Estágios do Ciclo de Krebs
Tipo de reação Enzima
Estágio I
1. Condensação: 2C + 4C = 6C citrato sintase
Estágio II
2. Isomerização aconitase
3. Descarb. Oxidativa: 6C�5C isocitrato descarboxilase
4. Descarb. Oxidativa: 5C�4C α-cetoglutaratodesidrogenase
5. Fosforilação a nível de substrato succinil CoAsintetase
Estágio IIIEstágio III
6. Oxidação succinato desidrogenase
7. Hidratação fumarase
8. Oxidação malato desidrogenase
Produção (por molécula de piruvato descarboxilada
3 NADH 1 FADH2
1 GTP
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Oxalo-acetato Citrato
Malato Isocitrato
(-) ATP(-) NADH(-) Succinil CoA
Importante:Um alto valor da relação [ATP]/[ADP] ou da relação[NADH]/ [NAD+] INIBE o ciclode Krebs
Regulação do Ciclo de Krebs
Fumarato
Malato Isocitrato
α-ceto-glutaratoSuccinato
Succinil-CoA
(-) ATP(-) NADH(+) ADP(+) Ca2+
(-) ATP(-) NADH (-) Succinil CoA(+) Ca2+
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Oxalo-acetato Citrato
PIRUVATO
Acetil CoA
PDHAminoácidos
Ciclo de Krebs como via anfibólica
α-ceto-glutarato
Succinil-CoA
AminoácidosPorfirinas
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Cadeia transportadora de elétrons
Succinato desidrogenase
Complexo I NADH:Ubiquinona oxido-redutase
Complexo II Succinato desidrogenase
Complexo III Ubiquinona:Citocromo c oxido-redutase
Complexo IV Citocromo oxidase
NADH-Q óxido redutase
Ubiquinona Citocromo c-óxido redutase
Citocromo oxidase
Transporte de elétrons
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Elétrons são transferidos de NADH para ubiquinona (UQ) na membrana,do complexo I via FMN e vários centros FeS para N2. Transferência deelétrons de N2 para UQ no domínio da membrana forma UQH2, que difundepara a bicamada.
Complexo I - NADH:Ubiquinona oxido-redutase
Complexo II - Succinato desidrogenase
42 subunidades
Redução da ubiquinona (UQ) namembrana mitocondrial interna pelasflavoproteínas NADH, succinato,glicerol 3-fosfato e acil graxo-CoAdesidrogenases.
Complexo II - Succinato desidrogenase
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Complexo III - Ubiquinona: citocromo c oxidoredutase
Dímero de monômeros iguais. Cada monômero tem 11 subunidades
(somente monômero mostrado)
Movimento proposto da proteína ferro-enxofre durante o transportede elétrons pelo complexo citocromo bc1. Na posição “b”, o grupoferro-enxofre (2Fe2S) do grupo de cabeça da proteína ferro-enxofre(ISP) fica ancorado sobre o citocromo b, próximo ao sítio QO. Naposição “c1”, o grupo de cabeça da ISP fica ancorado próximo ao hemedo citocromo c1
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Esquema geral de “fosforilação oxidativa”(Fosforilação de ADP, oxidação de NADH e FADH2 )
Complexo IV – Citocromo c oxidase
Citocromo c liga-se à superfície dasubunidade II e transfereelétrons para CuA. Elétrons sãotransferidos de CuA para heme ae, depois, para o centro binuclear(heme a3 e CuB), onde oxigênio éreduzido à água. Quatro prótonssão transferidos para o centrobinuclear para redução deoxigênio, e quatro prótons sãobombeados através da membranapor um canal diferente.
Heme a3
Heme a
(Fosforilação de ADP, oxidação de NADH e FADH2 )
EspaçoIntermembranar
PotencialquímicoΔpH
(internamentealcalino)
ATPsintetaseé dirigidapela força
protonmotora
Potencialelétrico
ΔΨ(interno
Negativo)
Matriz
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Visão geral da cadeia mitocondrial de transporte de elétronsindicando vias de transferência de elétrons e sítios de ligação deinibidores específicos. Ascorbato pode ser usado para reduzircitocromo c em presença de tetrametileno fenileno diamina.
Cadeia Transportadora de Elétrons incluindo Inibidores
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O gradiente eletroquímico consiste de um gradiente de cargas (Δψ) e de concentração de prótons (ΔpH) através da membrana mitocondrial interna.
Força Protonmotiva e Quimiosmose
F F -ATP Sintase Mitocondrial ou Complexo V
Durante a transferência de 2 elétrons do NADH
para O2, aproximadamente10 prótons são bombeados.
Síntese de ATP ocorrenas subunidades β de F1,enquanto F0 contém um canalde prótons. Prótons fluempelas subunidades a e c deF0, fazendo o rotor girar;isso resulta em mudançasconformacionais dassubunidades β, onde ATP ésintetizado.
F1F0-ATP Sintase Mitocondrial ou Complexo V
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O modelo de mudança de ligação para síntese deATP pela ATP sintase.
Cada subunidade β de F1 tem um sítio de ligação não-idêntico para ligaçãode nucleotídeo de adenina. A qualquer tempo, uma destas subunidades βestá na conformação T (tight), que liga ATP fortemente, uma segunda estána conformação L (loose), que liga ADP e Pi fracamente, e uma terceiraestá na conformação O (open), que não liga nucleotídeos. O gradiente deprótons causa rotação da subunidade, produzindo uma mudança deconformação cooperativa, convertendo o sítio T em sítio O e liberandoATP, o sítio L em sítio T promovendo síntese de ATP, e o sítio O em sítioL, ligando ADP e Pi.
Na sintase, cada 3 H+ produz 1 ATP Mas precisa 1 H+ para transportar Pi , Logo , 4 H+/ATP
Então: NADH desloca 10 H+ e produz 2,5 ATP
FADH2 desloca 6 H+ e produz 1,5 ATP
![Page 20: AULA BIOENERGETICA [Modo de Compatibilidade]](https://reader034.fdocumentos.com/reader034/viewer/2022051215/55cf913a550346f57b8bc99f/html5/thumbnails/20.jpg)
Lançadeira Malato-aspartato e Glicerol-fosfato
![Page 21: AULA BIOENERGETICA [Modo de Compatibilidade]](https://reader034.fdocumentos.com/reader034/viewer/2022051215/55cf913a550346f57b8bc99f/html5/thumbnails/21.jpg)
R
E
G
U
L
A
Glicólise
Ç
Ã
OCiclo de
Krebs
Fosforilação oxidativa