0001 respiração celualr

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0001 respiração celualr

  1. 1. Respiração celularSaulo Rodrigues dos SantosGraduando em Ciências Biológicas/Licenciatura plenapela Universidade Federal de Sergipe (UFS)Monitor da disciplina Elementos da Anatomia Humana (UFS)Revisão e correções: … (por nome)Graduando ou Graduado em ...pela Universidade ...Algum trabalho? Mestrando?apostila nº 0001
  2. 2. Atenção:Esta apostila é de uso exclusivamente didático, o mal uso poderá acarretar em punições. Odocente que queira utilizar este material deve pedir autorização.Bons estudos!Organização: blog DescompliBIOOBSERVAÇÃO: Neste conteúdo fora exposto todas as reações que estão associadas arespiração celular, porém tratando de ensino médio é interessante estudar e verificar o que oseu professor tenha dado na aula e assim estudar por esta apostila.CONHECIMENTO NUNCA É DEMAIS!!!
  3. 3. As células são as menores unidades funcionais do nosso organismo e são elas responsáveispela manutenção metabólica e energética do nosso corpo. Neste assunto iremos abordar o processoque é dos mais importantes para obtermos energia suficiente para o nosso dia a dia, tendo suainterrupção um resultado trágico podendo nos levar a morte.A glicose é a principal molécula energética que o nosso corpo prefere para este processo,porém lipídeos e até mesmo proteínas podem ser convertidas e assim usadas para a respiraçãocelular.* Como a glicose é obtida? (ver apostila sobre digestão)A respiração celular compreende três processos complexos que chamaremos de glicólise,ciclo de Krebs ou do ácido cítrico e a cadeia respiratória. A primeira etapa acontece no hialoplasmaou citosol (líquido onde estão envolvidas as organelas citoplasmáticas) e as duas últimas nasmitocôndrias*, mais especificadamente na matriz e crista mitocondrial.* Porque nos mamíferos as mitocôndrias são de origem materna?O principal objetivo de todas as cascatas de reações é a produção de energia em forma deATP´S (adenosina trifosfato), porém durante o evento existem as chamadas vias anfibólicas quebiossintetizam produtos como esteroides, grupos heme, ácidos graxos, etc.Moléculas energéticas que veremos:ATP = Adenosina TrifosfatoADP = Adenosina DifosfatoNAD = Nicotinamida Adenina DinucleotídeoFAD = Flavina Adenina DinucleotídeoETAPA 1 = GlicóliseOcorre no hialoplasma ou citosol, sendo seu objetivo principal produzir duas moléculas depiruvato com três carbonos cada a partir de uma molécula de glicose (C6-H12-O6), somente destaforma a glicose participará do ciclo de Krebs.Esta cascata de reações consiste em 10 reações incluindo: desidratação, isomerização,clivagem, oxidação, fosforilação e obviamente liberação de energia, todas sendo reguladas pelotrabalho enzimático.Para quem quiser aprender mais sobre as reações envolvidas, deixaremos uma imagemmostrando toda a cascata de reações e observações.
  4. 4. Enzimas e funções:1- Hexoquinase: transfere uma molécula de fósforo para a glicose. A molécula de fósforo é obtida apartir da hidrólise da molécula de ATP=ADP+P. Resultado: Frutose-6-fosfato.2- Glicose fosfato isomerase: isomeriza a molécula de glicose-6-fosfato em frutose-6-fosfato.3- Fosfofrutoquinase-1: transfere uma molécula de fósforo para a molécula de frutose-6-fosfato. Amolécula de fósforo é obtida a partir da hidrólise da molécula de ATP=ADP+P. Resultado: Frutose-1,6-bifosfato.4- Aldolase: há uma clivagem na molécula frutose-1,6-bifosfato transformando em duas novasmoléculas: Diidroxiacetona e Gliceraldeído-3-fosfato.OBS: A partir deste momento somente as moléculas descendentes dos aldeídos continuarãoo caminho para produzir, ou seja, somente a molécula de Gliceraldeído-3-fosfato continuará acascata de reações. A molécula de Diidroxiacetona passará por um processo que há transformará emGliceraldeído-3-fosfato mediada pela enzima 10-Triose fosfato isomerase. Porém parte daDiidroxiacetona se transformará também em glicerol.Com o passar deste processo obteremos duas moléculas de Gliceraldeído-3-fosfato,logo, ao fim do processo teremos dois piruvatos produzidos. Tudo o que for produzido ougasto a partir deste momento deverá ser duplicado.Seguiremos o caminho com uma molécula de Gliceraldeído-3-fosfato, MAS LEMBREM DAESPECIFICAÇÃO ANTERIOR!5- Gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase: Oxida a molécula de Gliceraldeído-3-fosfato retirando o
  5. 5. primeiro NADH2 da cascata respiração celular, porém adiciona-se a molécula um fósforo. Amolécula de fósforo é obtida a partir da hidrólise da molécula de ATP=ADP+P. Resultado: 1,3-bisfosfoglicerato.6- Fosfoglicerato quinase: Retira um fósforo da molécula de 1,3-bisfosfoglicerato, liberando umATP (ADP+P=ATP). Resultado: 3-fosfoglicerato.7- Fosfoglicerato mutase: Somente faz a mudança do fósforo da posição 3 para a 2 transformandoem 2-fosfoglicerato.8- Enolase: Desidrata a molécula de 2-fosfoglicerato transformando-a em fosfoenolpiruvato.9- Piruvato desidrogenase: Retira um fosforo da molécula de fosfoenolpiruvato, liberando um ATP(ADP+P=ATP). Obtemos assim o PIRUVATO. (PARA AS DUAS MOLÉCULAS DEGliceraldeído-3-fosfato= 2 PIRUVATOS)Saldo energético da glicólise:Gastos: 4 ATP´S sendo dois até a formação da Fruto-1,6-bifosfato e mais dois para formar1,3-bisfosfoglicerato.Produção: 2 NADHS e 4 ATP´SGASTO – SALDO = 2 NADH2SALDO = 2 NADH2 (Para dois Piruvatos)Pontos inibitórios da glicólise (reversíveis):1º – Entre Glicose e Glicose-6-fosfato2º – Entre Frutose-6-fosfato e Glicose-1,6-bifosfato inibindo a enzima Fosfofrutoquinase-13º – Entre Fosfoenolpiruvato e Piruvato inibindo a enzima Piruvato desidrogenaseETAPA 2 = Ciclo de KrebsMitocôndria:Os piruvatos que foram produzidos na glicólise seguirão para dentro das mitocôndrias, ondeocorrem as duas ultimas etapas. Porém na forma de Piruvato o ciclo de Krebs é inviável,consequentemente haverá um processo para que haja a conversão em acetil.Entra em ação um complexo chamado de Complexo Piruvato Desidrogenase, constituído
  6. 6. por três enzimas E1, E2 e E3 e cinco cofatores entre eles NAD E FAD. O piruvato constituído portrês carbonos vai ser descarboxilado e desidrogenado produzindo CO2 e NADH2. O produto finalserá a molécula de Acetil com dois carbonos que se ligara a Coenzima-A (COA) formando amolécula de Acetil-COA. A função da COA é agilizar a reação para unir o Acetil ao ácidooxalacético (primeiro ácido do ciclo de Krebs), sendo esta uma propriedade enzimática.LEMBRAR: SÃO 2 ACETIL-COA, já que são 2 Piruvatos. Logo serão 2 NADH2!A partir da formação da molécula de Acetil-COA acontecerá o ciclo de Krebs na matrizmitocondrial.*OBS: A representação (nºC) quer dizer a quantidade de carbonos de cada molécula.Na primeira etapa deste ciclo acontecerá a união entre o Ácido Oxalacético (4C) e o Acetil-COA (2C), quem fará esta ligação será a enzima Citrato sintase, liberando COA e água ,pelaclivagem da molécula de Acetil-COA, que será reaproveitado na obtenção de uma nova molécula deAcetil. A união Acetil (2C) + Ácido Oxalacético (4C) formará o Ácido Cítrico (6C), agora estáiniciado o ciclo.O ciclo será representado por uma imagem e logo após uma explicação e observações domesmo.1 - Entre o Ácido Cítrico (6C) e o Ácido Cetoglutárico (5C) temos a ação de duas enzimas,aconitase e a isopropil desidrogenase, e de dois produtos intermediários, Aconitato e Isopropil.Nesta reação há uma descarboxilação e a produção de um NADH2.2 – Para a formação do Ácido Succínico (4C) temos a presença de duas enzimas, alfa-cetoglutarato desidrogenase e a Succinil-COA sintetase, e a formação de um produto intermediárioo Succinil-COA. Nesta reação serão produzidos, NADH2, ATP e CO2.
  7. 7. Como queremos a obtenção de um ciclo e o produto final será o Ácido oxalacético (4C) éinviável a perde de mais carbonos por descarboxilação. A partir deste estágio haverá somentedesidratações e desidrogenações.3 - O Ácido Succínico (4C) se transformará em Fumarato (4C), pela ação da enzimaSuccinato desidrogenase, liberando FADH2.OBS: A única diferença entre NADH2 E FADH2 é que:NADH2 = 3ATP´SFADH2 = 2ATP´S4 - Fumarato (4C) se transformará em Ácido Málico pela ação da Fumarase, havendosomente uma desidratação5- O Ácido Málico (4C) passará por uma desidrogenação pela enzima Malato desidrogenase,liberando NADH2, transformando-se em Ácido Oxalacético (4C).Regulação do Ciclo de Krebs:Existem três pontos de regulação que será feito nas enzimas: 1º- Citrato sintase, 2º-Isocitratodesidrogenase e 3º- alfa-cetoglutarato desidrogenase.Saldo energético do Ciclo de Krebs:LEMBRAR: TEM QUE DUPLICAR O SALDO, já que são 2 Piruvatos!Produção:3 NADH2 X 2 PIRUVATOS = 6 NADH2 X 3 ATPS > 18 ATP´S1 FADH2 X 2 PIRUVATOS = 2 FADH2 X 2 ATP´S > 4 ATP´S1 ATP X 2 PIRUVATOS = 2 ATP´SSALDO: 24 ATPSETAPA 3 = Fosforilação OxidativaComponentes:Quatro Complexos:I- NADUbiquinonaOxiredutaseII- SuccinadesidrogenaseIII- Ubiquinona - Citocromo OxidaseIV- Citocromo OxidaseEnzima ATP sintaseOs NADH2 e FADH2 que foram produzidos nas etapas anteriores,terão que sertransportados para as cristas mitocondriais para que ocorra o processo da fosforilação oxidativapara a produção de ATP´S.Os quatro complexos que formam esta cadeia respiratória são responsáveis por transportar
  8. 8. os elétrons e uni-los ao oxigênio que está a sua espera ao final do quarto complexo.Os NADH2 e FADH2 que chegaram a cadeia respiratória serão recepcionadosrespectivamente pelos complexos I e II. Os elétrons destas duas partículas carregadoras vão serliberados e irão passar para os outros complexos,e nesta passagem que há liberação de energiagerando uma força protomotriz que é suficiente para expulsar os hidrogênios do complexo pararegião intermembranar da mitocôndria.LEMBRAR QUE: a crista mitocondrial faz parte da membrana interna mitocondrial que éimpermeável a quase todas as moléculas incluindo o hidrogênio, tendo por toda sua extensãotransportadores de membrana.O que provoca a passagem dos elétrons pelos complexos é a presença de Citocromo Cnestes, que forma um grupo tetrapirrol, fazendo com que o ferro, também presente em todos oscomplexos, oscile da forma ferrosa a férrea.Entre os complexos II e III existe o chamado grupo Q (ubiquinona) uma proteína quetambém é responsável em transportar os elétrons. Verifique como o grupo Q funciona:- Dois elétrons e dois hidrogênios são captados pelo grupo Q, e este tem o objetivo de transportá-lopara o complexo III e sucessivamente o IV. Porém o grupo somente transporta 1 elétron e os 2hidrogênios ficando com 1 elétron. O processo se repetirá com o grupo Q pegando mais 1 elétron e2 hidrogênios ficando com 2 elétrons e 2 hidrogênios,desta forma é feito o transporte pelaubiquinona.Ao final do complexo IV, o elétron que foi transportado por todos os complexos se une aooxigênio(tem origem da nossa respiração) que formara juntamente com o hidrogênio molécula de
  9. 9. água.Como já dito ao longo da explicação os hidrogênios dos NADH2 e FADH2 foram posto parafora dos complexos pela força protomotriz e estão na região intermembranar, porém eles vãoretornar para região por um mecanismo que gerará energia, pela enzima ATP sintase.Uma grande concentração de hidrogênios na região intermembranar provoca um ambienteácido, e sob este tipo de ambiente a enzima ATP sintase desnatura, possibilitando a passagem dohidrogênio por seu interior. Com esta passagem ocasiona o giro da enzima havendo a união do ADP+ P formando uma molécula de ATP e também a formação de água.Saldo energético da fosforilação oxidativa:Produção = 1 ATP x 2 Piruvatos = 2 ATP´SSALDO= 2 ATP´SPRODUÇÃO TOTAL DE ENERGIAGlicólise: 2 NADH2 = 6 ATP´SFormação do Piruvato a Acetil-COA: 2 NADH2 = 6 ATP´SCiclo de Krebs: 6 NADH2 + 2 FADH2 + 2 ATP´S = 24 ATP´SCadeia Respiratória: 2 ATP´STOTAL = 38 ATP´S

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