Aula 4 Biologia Celular V - Metabolismos Energéticos

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Para que serve gerar energia? Será ela tão importante para o funcionamento celular?

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Aula 4 Biologia Celular V - Metabolismos Energéticos

  1. 1. Metabolismos Energéticos Prof. Luiz Philippe Sergio
  2. 2. Metabolismo • Conjunto de reações químicas e físicas que ocorrem no organismo. • Manutenção da vida, transformação em energia, conjunto de atividades metabólicas das células. • Ex.: biossíntese de nucleotídeos e aminoácidos, degradação de ácidos graxos.
  3. 3. Seres Produtores e Consumidos • Produtores também chamados de AUTÓTROFOS. • São capazes de produzir o próprio “alimento”, através do processo da FOTOSSÍNTESE  Consumidores também chamados HETERÓTROFOS.  Não produzem seu próprio alimento e precisam se alimentar de autótrofos ou outros heterótrofos para obter energia necessária à sua sobrevivência.
  4. 4. Reações Exergônicas e Reações Endergônicas
  5. 5. Reações Consomem ou “Liberam” Energia
  6. 6. Variação dos Níveis de Energia
  7. 7. Nas ligações fosfato da molécula de ATP. Como a energia é armazenada na célula?
  8. 8. ATP • ATP = Adenosina tri-fosfato • 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.
  9. 9. • NAD, NADP 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 o aceptor final de hidrogênios Transportadores de Hidrogênio
  10. 10. NAD FAD
  11. 11. AnaeróbiosAnaeróbios: Também chamado de FERMENTAÇÃO. Acontece sem a utilização de oxigênio. Os aceptores finais dependem do tipo de fermentação. AeróbiosAeróbios: ocorre com a participação do oxigênio. Ele é o aceptor final de elétrons e hidrogênios. Processos de Liberação de Energia
  12. 12. Fermentação
  13. 13. o É o processo de degradação incompleta de substancias orgânicas com liberação de energia e realizada principalmente por fungos e bactérias. o Existem diversos tipos de fermentação, que variam quanto ao produto final. o No processo de fermentação o aceptor final de hidrogênios é o produto final. o Pode ser de dois tipos: o Fermentação AlcóolicaFermentação Alcóolica o Fermentação LácticaFermentação Láctica o Fermentação AcéticaFermentação Acética Fermentação
  14. 14. • Produtos Finais: etanol, CO2 e 2 ATPs • Realizada por leveduras que é utilizada na produção pouco eficaz no que diz respeito à liberação de energia, pois uma molécula de glicose só rende 2 ATPs Fermentação Alcóolica C6H12O6 = 2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 ATP
  15. 15. • Utilização pelo homem: Bebidas alcóolicas, Pães e Bolos (Fermento Bio)
  16. 16. • Realizada por bactérias do leite que é empregada na preparação de iogurtes e queijos. • Também ocorre em nossos músculos em situações de grande esforço físico. • Também rende 2 ATPs por molécula de glicose. Fermentação Lática C6H12O6 = 2 C3H6O3 + 2 ATP
  17. 17. • Utilização pelo homem: Queijos e Iogurtes
  18. 18. C6H12O6 = 2 C2H4O2 + CO2 + 2 ATP Fermentação Acética
  19. 19. Quimiossíntese
  20. 20. • Processo em que a energia utilizada na formação de compostos orgânicos provém da oxidação de substâncias inorgânicas, e não da energia luminosa. • Realizada por algumas bactérias que , por isso, são chamadas de bactérias quimiossintetizantes ou quimiolitoautótrofas. • Primeira etapa • Composto Inorgânico + O2 → Compostos Inorgânicos oxidados + Energia Química • Segunda etapa • CO2 + H2O + Energia Química → Compostos Orgânicos + O2 Reação da Quimiossíntese
  21. 21. Bactérias • SULFUROSAS: oxidam compostos de enxofre (H2S). • NITROBACTÉRIAS: como Nitrosomas e Nitrobacter, oxidam compostos nitrogenados (NH3 e NO2). • METANOGÊNICAS: produzem metano (CH4) em locais com escassez de compostos de nitrogênio e enxofre. • FERROBACTÉRIAS: oxidam compostos de ferro (Fe(OH)3).
  22. 22. Bactérias
  23. 23. Respiração Celular
  24. 24. • Processo pelo qual a glicose é degradada em CO2 e H2O na presença de oxigênio. • Rendimento  é maior do que na fermentação  38 ATPs por molécula de glicose quebrada.  Fases: 1. Anaeróbia (glicólise): não necessita de oxigênio para ocorrer e é realizada no citoplasma. 2. Aeróbia (ciclo de Krebs e cadeira transportadora de elétrons): requer e presença de oxigênio e ocorre dentro das mitocôndrias Respiração
  25. 25. C6 H12 O6 + 6O2  6CO2 + 6H2 O + 38 ATP Equação Geral Onde Ocorre?
  26. 26. Modificações mais profundas da Glicose • Glicólise • Oxidação do ácido pirúvico • Ciclo de Krebs • Cadeia respiratória
  27. 27. • Quebra da glicose em duas moléculas de piruvato + 2 NADH + 4 ATP Glicólise – Ocorre no Citoplasma
  28. 28. • Após a formação dos ácidos pirúvicos eles entram na mitocôndria, sendo atacados então por desidrogenases e descarboxilases. • Logo, são liberados CO2 , que são liberados pela célula e hidrogênios que são capturados pelo NAD. • O acetil formado combina-se com a Co-enzima A (Co-A) e a nova molécula (Acetil- CoA) começa o ciclo de Krebs
  29. 29. I – ESTÁGIO Preparação da glicose Investimento de energia para ser recuperada mais tarde I I– ESTÁGIO Quebra e rearranjo da molécula de glicose em duas moléculas de 3 carbonos III– ESTÁGIO Oxidação: Geração de energia GLICÓLISEGLICÓLISE
  30. 30. Oxidação do Ácido Pirúvico ÁCIDO PIRÚVICO (3C) NAD NADH2 CO2 CoA ACETIL-CoA (2C) Ocorre na matriz mitocondrial com a entrada do Ác. Pirúvico. Há liberação de Gás Carbônico e NADH + H.
  31. 31. Coenzima A
  32. 32. • Todo carbono responsável pela formação do acetil é degradado em CO2 que é então liberado pela célula, caindo na corrente sanguínea. • São liberados vários hidrogênios, que são então capturados pelos NAD e FAD, transformando-se em NADH2 e FADH2 . • Ocorre também liberação de energia resultando na formação de 2 ATP Ciclo de Krebs Matriz Mitocondrial
  33. 33. Aumentam a Velocidade do Ciclo de Krebs Citrato Sintase Isocitrato Desidrogenase α-citoglutarato desidrogenase
  34. 34. Ciclo de Krebs PRODUTOS FORMADOS NO CICLO DE KREBS POR CADA ÁCIDO PIRÚVICO COMO SÃO 2 MOLÉCULAS DE ÁCIDO PIRÚVICO, O RESULTADO FINAL É:
  35. 35. • Também chamado de Fosforilação Oxidativa ou Cadeia Resiratória; • É um sistema de transferência de elétrons provenientes do NADH2 e FADH2 até a molécula de oxigênio. • Os elétrons são passados de molécula para molécula presente nas cristas mitocondriais chamados CITOCROMOS. • Quando o elétron “pula” de um citocromo para outro até chegar no aceptor final (o oxigênio), ocorre liberação de energia que é convertida em ATP. Cadeia Transportadora de Elétrons - Crista Mitocondrial
  36. 36. Elétrons altamente energéticos Cadeia transportadora De elétrons O2 + 4H+ + 4e-  2H2O NADH NAD Complexo Enzimático I Q Cit c Complexo Enzimático II Complexo Enzimático IIIH+ ½ O2 H2O
  37. 37. Saldo Energético da Respiração Aeróbia Total de moléculas de ATP por molécula de glicose utilizada Membrana da crista mitocondrial Cadeia respiratória NADH2 FADH2 Matriz mitocondrialCiclo de Krebs HialoplasmaGlicólise Onde ocorreFase 38 30 4 2 2 Moléculas de ATP formadas
  38. 38. Resumindo... • No Citosol: • 2 NADH  5 ATP, sendo que 2 ATP podem ser usados na entrada desses NADH na mitocôndria; • 2 ATP formados diretamente; Saldo: 5 ou 7 ATP • Na Mitocôndria (formação de acetil-CoA e o Ciclo de Krebs): • 8NADH  20 ATP • 2 FADH2  3 ATP • 2 ATP Saldo: 25 ATP Assim o total de moléculas de ATP produzidas por moléculas de glicose degradada poderá ser de 30 ou 32.
  39. 39. Resumindo
  40. 40. O Catabolismo de outras moléculas:
  41. 41. PROTEÍNAS CARBOIDRATOS LIPÍDIOS AMINOÁCIDOS GLICOSE ÀC. GRAXOS PIRUVATO Acetil-CoA CICLO DE KREBS CADEIA RESPIRATÓRIA Degradação de macromoléculas Monômeros Respiração Aeróbia Produtos metabólicos finais NH3 CO2H2O
  42. 42. Vias Gerais • Glicogênese – Glicose  Glicogênio • Glicogenólise – Glicogênio  Glicose • Gliconeogênese – Aminoácidos, glicerol e lactato  Glicose • Glicólise – Glicose  Piruvato, Lactato
  43. 43. Fotossíntese
  44. 44. Um pouco de história • Experimentos de Joseph Priestley a b c
  45. 45. 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
  46. 46. feixe de luz branca espectrodecores 750 nm 700 nm 650 nm 600 nm luz visível 550 nm 500 nm 450 nm 400 nm TV e ondas de rádio microondas infra- vermelho ultravioleta raios X raios gama 109 nm (1 m) 106 nm 103 nm 1 m 10-3 nm 10-5 nm
  47. 47. Fotofosforilação Acíclica
  48. 48. Fotofosforilação Cíclica
  49. 49. Clorofila e Organismos • Clorofila a = Cianobactérias e Eucariontes • Clorofila b = Plantas e Algas Verdes • Clorofila c = Algas Pardas e Diatomáceas • Clorofila d = Algas Vermelhas
  50. 50. Via de Três Carbonos – C3
  51. 51. Fotorrespiração:
  52. 52. Via de Quatro Carbonos – C4
  53. 53. Metabolismo Ácido das Crassuláceas - CAM Ocorre em família de plantas suculentas; Tem esse nome pois o primeiro foi descoberto em plantas da família Crassulaceae; Toda célula de planta CAM tem que ter: •Um grande vácúolo onde se possa armazenar temporariamente o ac. Málico em solução aquosa. •Cloroplastos onde o CO2 obtido do ac. Málico possa ser transformado em carboidratos.
  54. 54. carboidratos estroma tilacóide reações da fase de escuro ATP NADP NADPH2 CO2 O2 H2O ADP + Pi reações da fase de claro
  55. 55. Anabolismo – fazer moléculas, ou seja, formar compostos; Catabolismo – fazer ATP, ou seja, quebrar moléculas ou compostos; Recordando...
  56. 56. Acabou, por hora!

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