Professora Priscila F Binatto

Citologia - Maio/2015

CAP. 9 “METABOLISMO ENERGÉTICO: RESPIRAÇÃO AERÓBIA E FERMENTAÇÃO”

• Mitocôndrias

• Organização Morfológica

• Função

• Respiração Celular

• Cloroplastos

• Organização Morfológica

• Função

• Fotossíntese

Organelas Produtoras de energia

Presentes em praticamente todas as células eucarióticas.

Organelas arredondadas ou alongadas, localizadas geralmente próximas a regiões do citoplasma que necessitam de muita energia.

É em seu interior que ocorre a respiração celular, para obtenção de energia para os seres vivos.

Em seu interior na matriz mitocondrial existe DNA e RNA, diversas enzimas e ribossomos.

Plantas e animais sexuados: DNA mitocondrial herança materna.

Mitocôndrias

Matriz mitocôndrial: Enzimas,

DNA mitocondrial, ribossomos,

RNAs

Membrana interna: Cristas,

Proteínas envolvidas na (1) cadeia

respiratória, (2) síntese de ATP e (3)

transporte

Membrana externa: Proteínas

formadoras de canais (porinas),

enzimas envolvidas na síntese de

lipídios Espaço intermembranas:

Enzimas

Espaço intermembranoso: contêm várias enzimas que utilizam

o ATP proveniente da matriz para

fosforilar outros nucleotídeos. Eletromicrografia de uma mitocôndria

de uma célula pancreática

Organização geral das mitocôndrias

CAP. 9 “METABOLISMO ENERGÉTICO: RESPIRAÇÃO AERÓBIA E FERMENTAÇÃO”

• Respiração aeróbia

Energia para o trabalho celular

glicose + oxigênio + água gás carbônico + água + energia

C6H12O6 6 O2 6 H2O 6 CO2 12 H2O

glicose álcool etílico + gás carbônico + energia

C6H12O6 2 C2H5OH 2 CO2

• Fermentação

Obtenção de nutrientes pelos seres vivos

• Autótrofos

Realização de fotossíntese

• Heterótrofos

Obtenção da glicose pronta a partir de

outra fonte

ATP: Trifosfato de adenosina, é um nucleotídeo

encontrado em todas as células vivas. Formado por

uma base nitrogenada, a adenina, uma pentose, que é

a ribose, e três fosfatos.

O papel do ATP

ATP: moeda energética gerada na respiração

e na fermentação

adenina

(1) (2) (3)

ribose

adenosina

adenosina monofosfato (AMP)

adenosina difosfato (ADP)

adenosina trifosfato (ATP)

RE

SP

IRA

ÇÃ

O

energia

ADP Pi

ATP

TRABALHO CELULAR

C C C C C C

Respiração Celular

Objetivo: produção de ATP (energia);

O gás oxigênio atua como agente oxidante de moléculas orgânicas;

Moléculas principalmente de glicose são degradadas, formando gás carbônico, água e liberação de energia;

A equação geral da respiração aeróbia da glicose é:

C6H12O6 + 6O2 + 30ADP + 30Pi 6CO2 + 6H2O + 30ATP

Processos Energéticos Celulares

Respiração aeróbia: modificação

mais profunda da glicose

• Glicólise

• Ciclo de Krebs

• Fosforilação Oxidativa (cadeia transportadora de elétrons)

GLICOSE

2 NAD 2 (ADP + Pi)

2 NADH2

ÁCIDO

PIRÚVICO

(3C)

2 ATP

ÁCIDO

PIRÚVICO

(3C)

Glicólise

Sequência de dez reações químicas catalisadas por enzimas livres no

citosol. Nessa etapa uma molécula de glicose é quebrada em duas de

ácido pirúvico com saldo líquido de duas moléculas de ATP.

Glicólise

A equação não está balanceada e mostra apenas os

principais reagentes e produtos.

Oxidação do ácido pirúvico

CAP. 9 “METABOLISMO ENERGÉTICO: RESPIRAÇÃO AERÓBIA E FERMENTAÇÃO”

ÁCIDO

PIRÚVICO (3C)

NAD NADH2

CO2 CoA

ACETIL-CoA

(2C)

Ácido Pirúvico + CoA + NAD+ Acetil-CoA + NADH + CO2 + H +

Ciclo de Krebs Sequência de oito reações que

ocorre na matriz mitocondrial.

Nessa etapa são liberadas duas

moléculas de CO2, elétrons de

alta energia e íons H+.

São formados no

Ciclo de Krebs:

2 CO2

3 NADH

1 FADH2

GTP

Ciclo de Krebs

sai 1 H e

forma-se NADH2

sai 1 H e

forma-se FADH2

sai 1 H e

forma-se NADH2

molécula de 2C

(acetil-CoA)

molécula de 6C

(citrato)

sai

formando CO2

molécula de 5c

(a - cetoglutarato)

molécula de 4c

(succinato)

molécula de 4C

(fumarato)

molécula de 4C

(malato)

molécula de 4C

(ácido oxalacético)

sai

formando CO2

formação

de GTP*

entra H2O

sai 1 H e

forma-se NADH2

MIT

OC

ÔN

DR

IA

* GTP = uma molécula equivalente,

energeticamente, ao ATP

MATRIZ MITOCONDRIAL

Produção de ATP: adição de fosfato ao ADP para

formar ATP é uma fosforilação.

É chamada de oxidativa porque ocorrem diversas

oxidações sequenciais , nas quais o grande agente

oxidante é o gás oxigênio.

2 NADH + 2 H+ + O2 2 NAD+ + 2 H2O

2 FADH2 + O2 2 FAD + 2 H2O

Fosforilação Oxidativa

NADH2 e FADH2

nível de maior

energia

nível de menor

energia

ATP

ADP + Pi

H20

e-

e-

Cadeia respiratória

NADH e FADH2 (ciclo de Krebs)

liberam os elétrons energizados e

os íons H+, que a partir daí

passam por uma série de

proteínas transportadoras

(citocromos e quinonas) presentes

nas membranas internas da

mitocôndria.

Durante a passagem através da

cadeia respiratória, os elétrons

perdem energia que é, então,

armazenada em moléculas de ATP.

Ao final da cadeia respiratória, os

elétrons menos energizados e os

íons H+combinam-se com átomos

provenientes do gás oxigênio,

formando seis moléculas de água.

Cadeia respiratória (Cadeia transportadora de elétrons)

Produção de ATP

Saldo energético da respiração aeróbia

Por molécula de glicose, na prática, a quantidade de ATPs

gerados é de aproximadamente:

2 da glicólise + 2 do ciclo de Krebs + 26 da fosforilação oxidativa

=

30 ATPs

Organelas citoplasmáticas também chamados de plastídios, presentes apenas em células de plantas e de algas, se originam de pequenas bolsas presentes em células embrionárias chamadas proplastos. Podem ser de três tipos básicos:

Leucoplastos (incolores): presentes em raízes e caules tuberosos. Função: armazenamento de amido.

Cromoplastos (amarelos ou vermelhos): responsáveis pelas cores dos frutos, flores e folhas que ficam avermelhadas e amareladas no outono e de algumas raízes como a cenoura. Função: atrair animais polinizadores e comedores de frutos.

Cloroplastos (verdes): responsáveis pelo processo de fotossíntese. Possuem um pigmento chamado clorofila.

Plastos

Onde ocorre a fotossíntese?

• Nos organismos mais simples (cianobactérias)

Hialoplasma

• Nas células eucarióticas

Cloroplastos

Nos cloroplastos, mais precisamente onde?

granum

epiderme

células

fotossintetizadoras

epiderme

tilacóide

núcleo

cloroplasto

vacúolo

estroma

tilacóide

membrana

do tilacóide

interior do

tilacóide

folha em corte

transversal

Fotossíntese: Esquema Geral

3

2

4

1

luz

6H2O + 6CO2 -> 6O2 + C6H12O6

clorofila

As etapas da fotossíntese

• Fase de claro (fotoquímica): Tilacoides

• Fase de escuro (química): Estroma

H2O O2

H2O

clorofila

fluxo de

elétrons

no

tilacóide

ATP

ADP + Pi

NADPH2

NADP+

fase de escuro

(no estroma)

CO2

CO2

CH2O

glicose

ciclo das pentoses

(Calvin-Benson)

no estroma

fase de claro

(nos tilacóides)

luz

3

2

4

1

Fotoquímica (Fase Clara)

Ocorre a fostoforilação, um processo de produção de ATP que

utiliza energia luminosa.

A luz estimula a clorofila, que libera elétrons para uma cadeia

transportadora constituida de citocromos na membrana dos

tilacoides.

A transferência de eletrons entre citocromos está ligada a síntese

de ATP.

Os elétrons podem retornar para a clorofila (fotofosforilação

cíclica) ou não (fotofosforilação acíclica).

São formados na fase clara:

O2

NADH

ATP

Fotofosforilação cíclica

aceptor de

elétrons

clorofila aceptor de

elétrons

citocromos

luz ATP ADP

e-

e-

e-

e-

Fotofosforilação acíclica

Os elétrons transferidos pela clorofila não retornam para esse pigmento,

sendo captados pelo NADP. A água é quebrada o que fornece elétrons para

a clorofila, libera gás oxigênio e dois prótons, que serão captados pelo

NADP. Assim, a fotofosforilação acíclica produz ATP (pela cadeia

transportadora de elétrons) e NADPH.

O2 + 4 H+

4 e-

clorofila b

foto

ssis

tem

a II

cadeia de

transporte

de elétrons

ADP + P

ATP

clorofila a

foto

ssis

tem

a I

NADP+

cadeia de

transporte

de elétrons

NADPH2

CO2

açúcar

2 H2O

FASE DE CLARO FASE DE ESCURO

Fase de escuro (química) CO2 é reduzido a glicose, processo endotérmico (Ciclo de Calvin-

Benson ). O agente redutor é o NADPH que transfere elétrons

para o ciclo enquanto que o ATP fornece energia para o

processo. A glicose é o produto do ciclo de Calvin.

• Ciclo de Calvin-Benson

carboidratos

estroma

tilacóide

reações

da fase

de escuro

ATP

NADP

NADPH2

CO2

O2 H2O

ADP + Pi

reações

da fase

de claro

Fatores externos que influenciam a fotossíntese

Concentração de CO2

Aumentando-se a concentração de CO2

verifica-se que ocorre um aumento na velocidade da fotossíntese, até se atingir um ponto de saturação, pois as enzimas que catalisam a captação do CO2 ficam saturadas.

Fatores externos que influenciam a fotossíntese

Temperatura

O aumento de temperatura estimula o aumento da fotossíntese até um certo ponto, quando, então, as enzimas correm o risco de desnaturação.

Fatores externos que influenciam a fotossíntese

Intensidade luminosa

Mantendo-se constantes a concentração de CO2 e a temperatura, pode-se verificar que com o aumento da intensidade luminosa, ocorre um aumento da velocidade da fotossíntese. Isso acontece até um certo ponto, pois o fator limitante pode ser a quantidade de clorofila (ponto de saturação luminosa – PSL).

Comparação fotossíntese e respiração

O2 e glicose Substâncias liberadas

CO2 e H2O Substâncias consumidas

Armazenamento de e nas

ligações dos átomos de

carbono da glicose, com

utilização da luz do Sol.

Energia (e)

Fotossíntese Características

CO2 e H2O

glicose e O2

Liberações de e por

rompimento das ligações

entre os átomos de

carbono da glicose.

Respiração

Comparação fotossíntese e respiração

energia

luminosa

fotossíntese

cloroplasto

glicose

oxigênio

água

respiração

mitocôndria

trabalho

celular

gás

carbônico

ATP

CO2 + 2 H20 + luz (CH2O) + H20 + O2

clorofila

Bactérias fazem fotossíntese?

Bactérias fazem quimiossíntese?

(CH2O) + H20 + 2 S

bacterioclorofila CO2 + 2 H2S + luz

Diferença entre fotossíntese e quimiossíntese

• Na fotossíntese, a energia é proveniente da luz do sol

• Na quimiossíntese, a energia é proveniente de uma

reação química inorgânica

CAP. 10 “METABOLISMO ENERGÉTICO: FOTOSSÍNTESE E QUIMIOSSÍNTESE”

Responda:

• O que você entende por seqüestro de carbono?

• O que o seqüestro de carbono tem a ver com fotossíntese?

• Como o seqüestro de carbono pode ajudar a atenuar o

aquecimento global?

• O desmatamento auxilia ou prejudica o seqüestro de

carbono?

• O que fazer para haver mais seqüestro de carbono?

ANIMAÇÕES

http://teca.cecierj.edu.br/arquivo/animacao/46182.swf

http://www.planetabio.com/citoplasma.swf