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Bioquímica Profª. Ana Elisa Matias Respiração Celular
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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.
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Metabolismo
• A energia para a manutenção da vida provém da
degradação das moléculas orgânicas (carboidratos,
lipídios, proteínas) que o organismo utiliza como
alimento.
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• 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.
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• 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)
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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.
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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
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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;
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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”.
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• 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
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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
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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.
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• 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:
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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
