Metabolismo

Energético

• Fator limitante à vida ENERGIA!!

• Produção de energia: moléculas orgânicas com potencial

energético nas suas ligações químicas são quebradas;

• Processos de obtenção de energia: respiração anaeróbia,

respiração aeróbia (mais energético poder oxidante do O2)

e fermentação;

• Autotróficos fotossintetizantes produzem moléculas

orgânicas a partir de moléculas inorgânicas e luz solar pela

fotossíntese. Elas são incorporadas à biomassa do

organismo ou são degradadas no processo de respiração

celular (aeróbia)

• Heterotróficos: obtém as moléculas orgânicas do meio ao se

alimentar de outros seres, realizando respiração celular ou

fermentação;

Energia e vida

• Trifosfato de Adenosina (ATP):

capta a energia das reações

exergônicas, a armazena

temporariamente e depois a

transfere para uma reação

endergônica.

Armazenamento

de energia

na forma de ATP

Adenosina-P~P~P Adenosina-P~P + Pi

7000

calorias

• Reações exergônicas: liberam energia livre e calor

• Reações endergônicas: consomem energia

Alimentos

Açucares

Gorduras

Proteínas

Biopolímeros

Proteínas

Polissacarídeos

Gorduras

Ác. Nucléicos C

ata

bo

lism

o

An

ab

oli

sm

o

A T P

Produtos Finais

CO2

H2O

NH3

Precursores

Aminoácido

Monossacarídeos

Ác. Graxos

Bases Nitrogenadas

METABOLISMO = ANABOLISMO + CATABOLISMO

Respiração Celular:

C6H12O6 + 6 O2 6CO2 + 6 H2O + 686 Kcal

Processo que permite às células retirarem a energia acumulada nos

compostos orgânicos.Também é um processo de OXIDAÇÃO, onde a

energia liberada na forma de e- é aproveitada e transportada pelos aceptores

intermediários de e-: NAD, FAD

ATP

1. Glicólise

(Citoplasma)

2 X

Hexoquinase

Fosfofrutoquinase

Piruvato cinase

Saldo:

- 2 ATP´s

- 2 NADH.H+ (reduzidos)

- 2 piruvatos

Glicólise

Glicose Glicose-6P

Hexoquinase

presente em

todos os tecidos

extra-hepáticos

afinidade pela

glicose

Glicoquinase

presente apenas

nas células

hepáticas e

ilhotas do

pâncreas

afinidade pela

glicose

captação

de glicose

do sangue

para os

tecidos

captação

de glicose

para formação

de glicogênio

hepático

ATP ADP+Pi

E 6C

Ácido acético

+

Gás carbônico

Eliminado na respiração

Radical acetil

+ CO A

Coenzima A

Acetil COA

(2)

(2)

Síntese de Acetil-CoA

+ NADH.H+

2. Ciclo de Krebs ou Ciclo do Ácido Cítrico

(matriz mitocondrial)

P/ cada Acetil CoA:

- 4 NADH.H+

- 1 FAD.H2

- 1 ATP

- 3 CO2

Tudo

multiplicado

por 2!

+ 2 H +1/2 O2

H2O

3. Cadeia Respiratória (crista mitocondrial)

Resumo da Cadeia Respiratória:

• NADH.H+ e FADH2 são reoxidados, liberando elétrons e prótons H+

• Os e- irão ser transportados pela cadeia transportadora e depois ser aceptados pelo O2 formando água, junto com os prótons

• A energia liberada no fluxo de e- é utilizada para bombear íons H+ da matriz para o espaço intermembranas, criando um GRADIENTE QUIMIOSMÓTICO

• Os íons H+ retornam à matriz pela ATP sintase, liberando energia para a fosforilação de ADP em ATP

• Para cada NADH.H+ têm-se a formação de 3 ATP’s e para cada FADH2 têm-se a formação de 2 ATP’s.

Saldo: 34 ATP’s

ETAPA OCORRÊNCIA

RENDIMENTO

(em moléculas de

ATP)

Glicólise Formação direta de ATP

Formação de 2 NADH.H+ (x 3 ATP)

2

6

Síntese de

Acetil -CoA Formação de 2 NADH.H+ (x 3 ATP) 6

Ciclo de Krebs

Formação direta de ATP 2

Formação de 6 NADH.H+ (x 3 ATP)

Formação de 2 FADH2 (x 2 ATP)

18

4

Total 38

Balanço Energético da Respiração

OBS.: Em algumas células há gasto de um ATP para transportar cada

NAD reduzido formado durante a Glicólise para dentro da mitocôndria.

Assim, o saldo de ATP é menor (36).

Além da glicose, outras moléculas orgânicas, tais como açucares,

lipídeos e proteínas também podem ser degradadas através do processo

respiratório.

Proteínas

Açucares

Lipídeos

Acetil CoA

Ácidos graxos

+

Glicerol

Aminoácidos

Ciclo de Krebs

Inibidores da cadeia

respiratória

• Interrompem o fluxo de elétrons;

Impedem a:

• reoxidação do NADH2 e FADH2;

• criação do gradiente quimiosmótico;

• redução do O2 a H2O;

• Produção de ATP.

Ciclo de Krebs e

Cadeia Respiratória

não ocorrem!

Fermentação Morte

Inibidores da cadeia

respiratória Cianeto:

• Inseticidas, revelação fotográfica, produção de plásticos,

acrilato e colas instantâneas, douração de certos metais a frio

(cianeto de ouro), espuma de isolamento acústico – Boate Kiss!

• Se liga ao citocromo oxidase;

• Impede a doação de elétrons para o O2;

Envenenamento pode causar:

• Acidose láctica;

• Hipóxia histotóxica – acúmulo de oxihemoglobina!

Cianureto:

• Mandioca-brava;

• Suicídios na 2ª Guerra Mundial;

• Câmaras de gás;

Desacopladores da cadeia

respiratória • Desacoplam a produção de ATP do fluxo de elétrons e

consumo de O2;

• Aumenta o consumo de O2;

• Diminui a produção de ATP;

• Desfaz o gradiente quimiosmótico;

• Energia é dissipada na forma de calor;

DINITROFENOL (DNP) e FLUOROCARBONIL-CIANETO

FENILHIDRAZONA (FCCP)

• Transportam H+ do espaço intermembranar para a matriz sem

passar pela ATPsintase;

TECIDO ADIPOSO MARROM

• Recém-nascidos de mamíferos – permease UCP

Desacopladores da cadeia

respiratória

Termogenina – desfaz o gradiente

quimiosmótico!

Fermentação (Ocorre na ausência de O2)

Objetivo: reoxidar o NADH.H+ e permitir um mín de ATP

Glicose 2 Ácidos pirúvicos

2 ADP 2 ATP

2 NAD ox 2 NAD red

Produto

Fermentação

1. Fermentação Alcóolica

Ex: leveduras (anaeróbicos facultativos). Produção de vinho, cerveja, pão, etc.

Ácido pirúvico

NAD red NAD ox

Etanol + CO2

Rendimento: 2 ATP´s. Maior consumo de glicose.

2. Fermentação Lática

Ex: células musculares, bactérias. Fabricação de queijos, coalhadas e iogurtes.

Ácido pirúvico

NAD red NAD ox

Ácido Lático

Rendimento: 2 ATP´s. Maior consumo de glicose.

Respiração Anaeróbia

Processo muito semelhante à respiração aeróbia. A diferença principal

é que o aceptor final na cadeia transportadora de elétrons não é o O2, mas sim

uma outra substância inorgânica, que pode ser um nitrato, um sulfato ou um

carbonato. Ex: bactérias desnitrificantes.

3. Fermentação Acética

Ex: acetobactérias. Produção de vinagre. O ác. pirúvico é reduzido a ác. acético

com liberação de CO2.

Fotossíntese Geração de moléculas orgânicas a partir de moléculas inorgânicas

6CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 H2O + 6 O2

Provém da água

Realizada por algas, vegetais e

cianobactérias, mas apenas algas e

vegetais possuem cloroplastos.

A fotossíntese tem 2 etapas:

- Fase luminosa (clara) depende de luz

- Fase escura ocorre mesmo no escuro

Importância da Fotossíntese para os Seres vivos:

- Produção de matéria orgânica para a nutrição dos seres;

- Constante purificação do ar atmosférico dele retirando CO2 e a ele

devolvendo O2 para a respiração dos seres vivos.

Onde ocorre a fotossíntese?

- Cianobactérias Hialoplasma

Onde ocorre a fotossíntese?

- Eucariontes Cloroplastos

*Fase clara: membrana

dos tilacóides. Ocorre a

produção de O2 com a

fotólise da água, produção

de ATP e de NADP red;

*Fase escura: estroma.

Ocorre a redução do CO2

em glicose, gerando ADP e

NADP oxi;

Cloroplastos Dupla membrana;

DNA próprio;

RNA próprio;

Ribossomos próprios;

Contém pigmentos,

como a clorofila, que

absorvem luz, convertendo

a energia solar em energia

química;

Clorofila membrana

do tilacóide. Se associam

a outros pigmentos e

proteínas, formando os

fotossistemas;

Fotossistemas: Existem dois

fotossistemas (PSI e PSII), que quando

iluminados perdem e-, que passam por

uma cadeia transportadora, liberando

energia para produção de ATP.

Absorção de luz

Pigmentos fotossintéticos:

clorofila (a e b), carotenóides

e ficoeritrinas

O principal pigmento

fotossintético é a

clorofila a –

Fotossistema I

Por que a clorofila a

é verde?

Clorofila b

Clorofila a

ficoeritrina

caroteno

ficocianina

Espectro de absorção da fotossíntese

Luz na Fotossíntese:

Etapas da Fotossíntese:

1. a absorção da energia da luz pela clorofila;

2. a fotólise da água;

3. a liberação de oxigênio e a redução de uma aceptor de elétrons

chamado NADP, que passa a NADPH2;

4. a formação de ATP;

5. a síntese de glicose.

Dependente de luz; Ocorre na membrana dos tilacóides.

Compreende dois fenômenos que ocorrem paralelamente:

fotofosforilação cíclica e fotofosforilação acíclica;

Fase luminosa da Fotossíntese:

1. Fotofosforilação

acíclica:

OBS: Ocorre a fotólise da

água e a consequente

liberação de O2. Cada

molécula de NADP pode

receber 2 e-, assim ele passa

a NADP reduzido.

ATP e NADPH.H+ formados

na fase clara serão de

fundamental utilidade para

desencadear a fase escura

da fotossíntese.

Todo o O2 liberado provém

da fotólise da água!

SALDO DA FASE CLARA

(fotofosforilação acíclica):

- ATP;

- NADPH2;

- O2;

Obs: o oxigênio é liberado para a

atmosfera, enquanto NADP

reduzido e ATP serão empregados

na próxima fase da fotossíntese, na

fase de produção de glicose.

Obs: as fases clara e escura são interdependentes. A fase escura utiliza ATP e NADPH2 formados na fase clara, reoxidando o NADP e produzindo ADP. Estes por sua vez, retornam à fase clara para ser reduzido (NADP) e fosforilado (ADP) novamente. Assim, se fase clara não ocorre, também não ocorre a escura e vice-versa!!

2. Fotofosforilação cíclica (bactérias)

OBS: não há fotólise da água, não há liberação de O2, nem formação de

NADP reduzido.

FOTOSSISTEMA Complexo antena

Centro de Reação

COMPLEXO

ANTENA:

Pigmentos associados à

proteínas antena para

melhor captação de luz

transferem energia

para o centro de reação

CENTRO DE

REAÇÃO:

Possui um par de

clorofila especial

absorve a energia e

perde elétrons

Bombeamento de prótons na fotossíntese

• Formação de

gradiente

quimiosmótico;

•Bombeamento

de prótons para

o lúmen do

tilacóide;

•Retorno dos

prótons para o

estroma.

Fase escura da Fotossíntese (estroma)

Também chamado de Ciclo de Calvin ou Ciclo das pentoses.

Independe de luz, mas é dependente de NADP red e ATP formados pela fase clara

para reduzir o CO2!!

CO2 3-fosfoglicerato 1,3 difosfoglicerato Gliceraldeído

3-fosfato

Ribulose

5-fosfato

Frutose 1,6 difosfato

Glicose / amido/

Sacarose/ aa’s

Ribulose 1,5 -

difosfatofosfato

ATP ADP

NADPH NADP

Regeneração

OBS: São necessários 6 CO2 para

formar 1 glicose.

A cada 2 ciclos (2 gliceraldeído 3-

fosfato) forma-se 1 glicose.

Plantas CAM: cactos,

bromélias (abacaxi) e lírios

• Armazena CO2 em compostos

orgânicos durante a noite –

temporal.

Noite: Fosfoenolpiruvato

+ CO2 = malato

Dia: Malato é

descarboxilado=

fosfoenolpiruvato +

glicose (fase escura)

Plantas C4: milho, cana-de-açucar, orquídea

Mantém altas taxas de fotossíntese, mesmo com baixas

[CO2]

•Armazena CO2 em compostos orgânicos nas células da

bainha vascular – espacial.

Células do mesófilo:

Fosfoenolpiruvato + CO2

= malato

Células da bainha:

Malato é descarboxilado

= piruvato + glicose (fase

escura)

Obs: as plantas C3 só utilizam a via C3 (formação de

PGAL), enquanto as plantas C4 e CAM utilizam tanto a via

C3 quanto C4.

Fotorrespiração

• Dias muito quentes

acúmulo de NADP red e ATP

•Rubisco oxidase promove a

reação entre ribulose

bifosfato e O2.

Fatores limitantes da fotossíntese

Fatores limitantes intrínsecos

• Disponibilidade de pigmentos fotossintetizantes

• Disponibilidade de enzimas e de cofatores

Fatores limitantes extrínsecos

• A Temperatura;

• Intensidade luminosa;

• O comprimento de onda;

• A concentração de CO2.

Temperatura

Intensidade luminosa

Ponto de saturação luminosa

Comprimento de onda

Concentração de CO2

Atmosfera 0,03%

Ponto de saturação enzimática

Ponto de compensação fótica

Taxa de respiração constante;

taxa de fotossíntese varia;

Quando R = F, temos o ponto de compensação fótica

Quimiossíntese

Reações de oxidação de substâncias inorgânicas geram

ATP, que será utilizado para a produção de glicose e

liberação de O2..

Bactérias e arqueobactérias autotróficas: Primeira etapa (análoga à fase clara da fotossíntese)

Composto Inorgânico + O2 → Compostos Inorgânicos oxidados

+ Energia Química

Segunda etapa (análoga à fase escura da fotossíntese)

CO2 + H2O + Energia Química → Compostos Orgânicos + O2

•Ex: ferrobactérias, nitrobactérias (nitrificantes).

Quimiossíntese

•Metanogênicas: H2 + CO2 = CH4. Lixões, pântanos e tubos digestivos;

• Ferrobactérias: do gênero Ferrobacillus oxidam íon ferroso (Fe++) a íon

férrico (Fe+++), obtendo ATP.

• Nitrosomonas e Nitrobactérias oxidam amônia a nitrito e nitrito a nitrato,

respectivamente, obtendo ATP.

Nitrosomonas:

• NH3 (amônia) + O2 → NO2- (nitrito) + Energia

• 6 CO2 + 6 H2O + Energia → C6H12O6 + 6 O2

Nitrobacter:

•NO2- (nitrito) + O2 → NO3

- (nitrato) + Energia

•6 CO2 + 6 H2O + Energia → C6H12O6 + 6 O2