Metabolismo energético das células

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Metabolismo energético das células

  1. 1. METABOLISMO ENERGÉTICO DAS CÉLULAS BIOLOGIA CELULAR (Parte 2) LIVRO 2, CAPÍTULO 1
  2. 2. O QUE VEM À NOSSA MENTE QUANDO OBSERVAMOS ESTA FIGURA?  Que processos metabólicos estão representados na figura? Por que dizemos que os dois processos representados na figura são complementares?  Qual é a fonte de energia representada na figura?  O que aconteceria se essa fonte fosse suprimida do ambiente?  Todos os seres vivos obtêm energia na mesma forma?
  3. 3. METABOLISMO É o conjunto de transformações que as substâncias químicassofrem no interior dos organismos vivos. São essas reações que permitem a uma célula ou um sistematransformar os alimentos em energia, que será utilizada pelascélulas para que as mesmas se multipliquem, cresçam,movimentem-se, etc. O metabolismo é o conjunto de reações químicas responsáveispelos processos de síntese e degradação dos nutrientes na célula. Divide-se em 2 etapas:  Catabolismo  Degradação, quebra de moléculas, com consequente produção de energia. Ex: quebra da glicose  Anabolismo  Síntese, formação de moléculas,envolvendo consumo de energia. Ex: união de várias moléculas deglicose para a síntese de glicogênio.
  4. 4. Antes que você possa saber tudo sobre fotossíntese, respiração celular, efermentação precisamos entender alguns conceitos e fenômenos, como porexemplo, de que maneira as células armazenam energia. Existem dois tiposde reações químicas que fazem parte do metabolismo celular: Reações endotérmicas Reações exotérmicas Para ocorrer, não Para ocorrer, precisam precisam receber de receber energia. energia. Liberam energia. Como exemplo de reação química endotérmica temos a fotossíntese e como exemplo de reação química exotérmica temos a respiração celular.
  5. 5. A MOLÉCULA DE ATP (trifosfato de adenosina) Todos os processos celulares dependem de energia paraacontecer. Essa energia é obtida dos alimentos e pode ser prontamenteutilizada pela célula ou armazenada em moléculas especiaischamadas de ATP. O ATP é a molécula armazenadora de energia na célula. Constituição química:
  6. 6. A MOLÉCULA DE ATP (trifosfato de adenosina) Participa de todos os processos energéticos da célula:  Necessidade de energia  Quebra do ATP, liberando um fosfato e formando ADP (difosfato de adenosina). ATP  ADP + PObs: ligações entre os 2 fosfatos (ADP) podem, ainda, ser quebradas,formando AMP (monofosfato de adenosina) e liberando mais energia.  Não há demanda energética  Síntese de ATP, através daunião de um fosfato ao ADP. ADP + P  ATP Reações reversíveis.Acontecem o tempo todo na célula. Objetivo: liberar ou armazenar energia (Reações exotérmicas eendotérmicas).
  7. 7. FORMAS DE OBTENÇÃO DE ENERGIA (Produção de ATP )1) FERMENTAÇÃO2) RESPIRAÇÃO CELULAR
  8. 8. FERMENTAÇÃO Processo mais simples de produção de energia. Processo ANAERÓBICO (ausência de O2). Ocorre no CITOPLASMA. Realizado naturalmente por fungos, bactérias, e, em algumassituações, por nossas células musculares. O homem há décadas utiliza este processo natural para produçãode alimentos, bebidas (iogurtes, leites, fermentados, pães, cervejas,vinhos...). Tipos de Fermentação: •Alcoólica •Lática •Acética
  9. 9. FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA O açúcar é degradado em álcool etílico (etanol), liberandotambém gás carbônico e energia. Fabricação de pães, vinhos, cervejas, álcool combustível. AÇÚCAR  ÁLCOOL + CO2 + ENERGIA
  10. 10. Reação ocorre no citoplasma. Rendimento energético: 2 ATP Consumo 1 molécula açúcar  2 ATPProdução Produção
  11. 11. FERMENTAÇÃO LÁTICA O açúcar do leite (lactose) é degradado, formando ácido lático eliberando energia. Ácido lático: coagulação de proteínas. Fabricação de queijos, iogurtes e coalhadas. AÇÚCAR  ÁCIDO LÁTICO + ENERGIA
  12. 12. FERMENTAÇÃO LÁTICA Ocorre também em nossas células musculares, em situações degrande demanda energética, quando fazemos um esforço muscularintenso, como nos exercícios físicos prolongados. A quantidade de energia que chega aos nossos músculos éinsuficiente para fornecer toda a energia necessária à atividadedesenvolvida. As células musculares passam a realizar o processo mais simplesde obtenção de energia, que é a fermentação. AÇÚCAR  ÁCIDO LÁTICO + ENERGIA O acúmulo de ácido lático nas fibras musculares (célulasmusculares) causa dores, cansaço e cãibras.
  13. 13. FERMENTAÇÃO ACÉTICA Realizada por alguns tipos de bactérias que fermentam o açúcar,produzindo ácido acético, gás carbônico e energia. Fabricação de vinagres. AÇÚCAR  ÁCIDO ACÉTICO + CO2 + ENERGIA Expressão popular: “O vinho virou vinagre!” Etanol, em contato com O2 forma ácido acético.  Garrafas de vinho devem ser mantidas bem fechadas para evitar o acúmulo deste ácido acético, que altera o sabor do vinho.
  14. 14. RESPIRAÇÃO CELULAR Processo mais complexo de produção de energia. Ocorre nas células eucarióticas (animais, vegetais).Ocorre nas MITOCÔNDRIAS. Processo AERÓBICO (há participação de O2). Rendimento energético muito maior que o da fermentação !!! 1 molécula açúcar  38 ATP Respiração aeróbica envolve 2 fases: • Troca de gases através de membranas respiratórias; • Respiração celular.
  15. 15. TROCA DE GASES ATRAVÉS DE MEMBRANAS RESPIRATÓRIAS Através de finas membranas que devem estar sempre úmidas,para permitir a passagem dos gases. Transporte se dá por DIFUSÃO SIMPLES. Depende das diferenças nas concentrações dos gases dentro efora das membranas.
  16. 16. TROCA DE GASES ATRAVÉS DE MEMBRANAS RESPIRATÓRIAS HEMATOSE  processo em que ocorre a troca de gases, nosalvéolos pulmonares e o O2 atravessa as membranas dos alvéolos echega até às células.
  17. 17.  O processo de difusão simples para as trocas gasosas ocorre em outrostipos de respiração
  18. 18.  Nos vegetais, as trocas gasosas ocorrem em estruturas presentes nassuperfícies das folhas, denominadas ESTÔMATOS.
  19. 19. RESPIRAÇÃO CELULARA respiração aeróbia, libera a totalidade da energia contida namolécula de glicose, como se pode comprovar analisando osprodutos finais deste processo (água e dióxido de carbono),que são exatamente os mesmos utilizados na sua síntese(fotossíntese). C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + energia (ATP)O conjunto das reações da respiração celular aeróbia é extremamentecomplexo, tendo sido uma das maiores conquistas da bioquímicamoderna a sua compreensão. Por esse motivo, consideram-segeralmente as seguintes etapas: CICLO DE KREBS CADEIAGLICÓLISE (ÁC. CÍTRICO) RESPIRATÓRIA
  20. 20. RESPIRAÇÃO CELULAR GLICÓLISE Quebra da molécula de glicose (hexose) em duas moléculas deácido pirúvico (triose).Ocorre no citoplasma, na ausência de oxigênio (anaerobiose). Mesmo processo que ocorre na fermentação. Rendimento energético: 2 ATP Há perda de 2 hidrogênios na molécula de ácido pirúvico, os quaissão capturados por uma substância encontrada no citoplasma: oNAD (nicotinamida adenina nucleotídeo). O NAD funciona como um transportador de hidrogênios. Formação de 2 moléculas de NADH2.
  21. 21. RESPIRAÇÃO CELULAR GLICÓLISE
  22. 22. RESPIRAÇÃO CELULAR CICLO DE KREBS (CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO)Ocorre na matriz mitocondrial.Quebra das moléculas de ácido pirúvico. Produção de CO2, que é liberado da célula e eliminado para oambiente. Produção de mais moléculas de NADH2 (capturam os hidrogêniosliberados). Rendimento energético: 30 ATP 1 ácido pirúvico  15 ATP 2 ácidos pirúvicos  30 ATP
  23. 23. RESPIRAÇÃO CELULAR CICLO DE KREBS (CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO)
  24. 24. RESPIRAÇÃO CELULAR CADEIA RESPIRATÓRIAOcorre nas cristas mitocondriais.Os hidrogênios do NADH2 (produzidos na glicólise e no ciclo deKrebs) passam através de várias substâncias, liberando elétrons. Envolve um conjunto de reações químicas, onde participamsubstâncias chamadas de citocromos. A passagem dos elétrons pelos citocromos na cadeirarespiratória, libera energia suficiente para a síntese 6 moléculas deATP. Elétrons atravessam a cadeia e chegam até o aceptor final, que éo oxigênio. Oxigênio se combina com os hidrogênios, formando água. Rendimento energético: 6 ATP
  25. 25. RESPIRAÇÃO CELULAR CADEIA RESPIRATÓRIA
  26. 26. RESPIRAÇÃO CELULAR RENDIMENTO ENERGÉTICO TOTAL 2 ATP + 30 ATP + 6 ATP = 38 ATP(GLICÓLISE) (CICLO KREBS) (CADEIA RESPIRATÓRIA) EQUAÇÃO GERAL C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + energia (38 ATP) Aceptor final Ciclo de Krebs Resultado da combinação dos de elétrons elétrons com o oxigênio, ao final da cadeia respiratória
  27. 27. RESPIRAÇÃO CELULAR ATENÇÃONa ausência de glicose, a célula pode utilizar outras moléculaspara a realização da respiração celular, como aminoácidos(proteínas) e ácidos graxos (lipídios), com a participação daCoenzima- A. Os compostos intermediários obtidos a partirdessas moléculas entrarão no ciclo de Krebs.
  28. 28. RESPIRAÇÃO CELULAR
  29. 29. FOTOSSÍNTESE Processo pelo qual algas e plantas absorvem a energia da luz solare o CO2 da atmosfera para a síntese de moléculas orgânicas(glicose) que serão usadas posteriormente pela própria célula paraobtenção de energia.Organela responsável: CLOROPLASTOS. Para que ocorra é necessário: • Clorofila • Luz solar • Água Fatores limitantes da fotossíntese • CO2 • Temperatura
  30. 30. FOTOSSÍNTESE
  31. 31. FOTOSSÍNTESE
  32. 32. FOTOSSÍNTESEDe onde vem a energia para que esta reação ocorra ? Vem do Sol.É captada pela clorofila, umpigmento verde, presente noscloroplastos das folhas da planta. Há dois tipos de clorofila queparticipam do processo: a clorofila a ea clorofila b.
  33. 33. FOTOSSÍNTESE Para onde vai a glicose sintetizada no processo?1)Glicose é usada como fonte de alimento e de energia, pela própriacélula vegetal, ou por outros seres da cadeia alimentar;2) Glicose é usada na síntese de celulose, que compõe a parede celulardos vegetais;3) Glicose é usada como matéria-prima para a síntese de outrasmoléculas (outros carboidratos, aminoácidos e ácidos graxos);4)Glicose é armazenada como fonte de reserva energética: AMIDO nos vegetais GLICOGÊNIO nos animais
  34. 34. AS FASES DA FOTOSSÍNTESE 1ª: Fotofosforilação cíclica FASE CLARA(Presença de luz) 2ª: Fotofosforilação acíclica 3ª: Fotólise da água Ciclo das Pentoses ou Ciclo de Calvin FASE ESCURA(Ausência de luz) (Síntese da molécula de glicose)
  35. 35. FASE CLARA 1ª) FOTOFOSFORILAÇÃO CÍCLICAOcorre nos tilacóides do cloroplasto.Luz solar, ao incidir nas partes verdes daplanta, atinge a molécula de clorofila a,excitando-a. Ocorre a liberação de elétrons, os quaispassam por uma cadeia transportadora,promovendo a síntese de ATP. É chamada de cíclica porque os elétronspassam pela cadeia transportadora eretornam à clorofila a.
  36. 36. 1ª) FOTOFOSFORILAÇÃO CÍCLICA
  37. 37. 2ª) FOTOFOSFORILAÇÃO ACÍCLICAOcorre nos tilacóides do cloroplasto.Ocorre excitação da clorofila b, transporte de elétrons por uma cadeiatransportadora e captura de elétrons pela clorofila a.A liberação e o transporte de elétrons pela cadeia transportadorapromove a síntese de ATP. É chamada de acíclica porque os elétrons passam pela cadeiatransportadora e não retornam à clorofila b , mas são enviados àclorofila a. Da clorofila a, os elétrons são transferidos ao NADP, formandoNADPH2.
  38. 38. 3ª) FOTÓLISE DA ÁGUAOcorre quebra das moléculas de água, na presença de luz , consumindoATP.As moléculas de água (H2O) serão quebradas, formando oxigênio eíons hidrogênio.Parte do oxigênio é utilizado pela própria planta (respiração celular). Outra parte do oxigênio é liberada para ambiente. Os íons hidrogênios serão capturados pelo NADP e os elétronsresultantes retornam à clorofila b. 2 H2 O  4 H + + O 2 + 4 e - Obs: O oxigênio (O2 ) que é produzido na fotossíntese surge das moléculas de água (H2O), que são quebradas ao final da fase clara, durante a fotólise da água.
  39. 39. 3ª) FOTÓLISE DA ÁGUA
  40. 40. 3ª) FOTÓLISE DA ÁGUA
  41. 41. RESUMO DA FASE CLARA1) A energia liberada formará moléculas de ATP;2) Parte do oxigênio (O2) liberado será usado na respiração celular da própria célula vegetal;3) Os hidrogênios serão capturados pelo NADP, formando NADPH2;4) As moléculas de ATP e de NADPH2 serão usadas na próxima etapa da fotossíntese, que é a FASE ESCURA.
  42. 42. FASE ESCURA (Ciclo das Pentoses ou Ciclo de Calvin) Ocorre no estroma do cloroplasto.Não depende de luz, nem de clorofila,mas depende da fase clara. Nesta fase serão usadas substânciasformadas durante a fase clara (ATP eNADPH2). O CO2 absorvido pela planta, a partir daatmosfera, combina-se com os hidrogêniosdo NADPH2, formando a molécula seglicose.Como é uma reação de síntese, háconsumo do ATP que foi produzidodurante a fase clara.
  43. 43. FASE ESCURA(Ciclo das Pentoses ou Ciclo de Calvin)
  44. 44. EQUAÇÃO DA FOTOSSÍNTESETodo o processo da fotossíntese pode der representado pela seguinteequação química:Esta reação pode ser simplificada da seguinte maneira:
  45. 45. RESUMO DAS FASES DA FOTOSSÍNTESE
  46. 46. FOTOSSÍNTESEFATORES LIMITANTES Clorofila Luz solar  Água  CO2 Temperatura
  47. 47. INFLUÊNCIA DA CONCENTRAÇÃO DE CO2À medida que a concentração de CO2 aumenta, aumenta ataxa de fotossíntese, até certo ponto, quando se estabiliza.Sendo uma reação enzimática, a partir daquele ponto, asenzimas estarão todas em funcionamento, não permitindo,portanto, uma elevação da taxa de fotossíntese.
  48. 48. INFLUÊNCIA DA TEMPERATURAAs reações enzimáticas dependem da temperatura.Entretanto, em altas temperaturas, as enzimas sedesnaturam, perdendo sua atividade e impedindo aformação do complexo enzima-substrato.
  49. 49. PONTO DE COMPENSAÇÃO As plantas só realizam a fotossíntese em presença de luz, mas respiramo tempo todo, estando claro ou escuro.Ponto de compensação é a intensidade luminosa na qual a taxa defotossíntese é igual à taxa de respiração. Indica o ponto em que todo o oxigênio produzido na fotossíntese estásendo consumido na respiração. PONTO DE COMPENSAÇÃO: Intensidade luminosa na qual TF = TR

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