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METABOLISMO CELULAR
Professor Felipe Abs
O que é ENERGIA???
Físicos – energia é a capacidadede realizar trabalhos;
Biólogos – energia é acapacidade de provocarmudanças;
É indispensável para os seresvivos;
METABOLISMO – processosque envolvem reaçõesquímicas.
Metabolismo Celular
Anabolismo – Reação de armazenamento de energia ‐> SÍNTESE (formação) de compostos.
Catabolismo ‐> Liberação de energia ‐> decomposição (quebra) de moléculas.
Reações QUÍMICAS...
Reações ENDOTÉRMICAS (endergônicas): a quantidade detotal de energia presente nas ligações dos produtos é maiorque a presente nos reagentes (combustão);
Reações QUÍMICAS...
Reações EXOTÉRMICAS (exergônicas): a quantidade total deenergia presente nas ligações químicas dos produtos é menordo que a presente nos reagentes (fotossíntese).
O ATP – Adenosina Trifosfato
Molécula responsável pela captação e armazenamento deenergia;
Composto por: Adenina + Ribose (açúcar) + 3 Fosfatos;
Produzido a partir do ADP (adenosina Difosfato);
Mas mestre, onde vem a energia?
From here my young apprentice ‐>
Ligações de alta energia
Pay attention please!
“O mecanismo mais comum de fornecimento deenergia é a transferência de um fosfato do ATPpara outras moléculas, provocando alteraçõesnecessárias à realização do trabalho!”
Respiração celular
Etapas da respiração celular
“Processo da formação do ATP através da oxidação, utilizandoo oxigênio como agente oxidante”
Ocorre uma parte no citoplasma (Glicólise) e outra no interiorda mitocôndria (Ciclo de Krebs e Cadeia transportadora deelétrons);
Há a formação de no máximo 30 ATP!!!
Equação da respiração celular:
C6H12O6 + 6O2 + 30 ADP + 30 Pi→ 6CO2+ 6H2O + 30 ATP
Respiração celular
Equação da respiração celular
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O
1ª ETAPAGLICÓLISE
Glicólise
Quebra da molécula de glicose (C6H12O6) em duas moléculasde ácido pirúvico, ou piruvato (C3H4O3);
Apresenta um saldo de 2 ATP;
Processo anaeróbico ‐> fora das mitocôndrias;
Envolve um conjunto de 10 reações químicas.
Glicose(C6H12O6)
P ~ 6 C ~ P
3 C ~P 3 C ~PNAD
ADP
ADP
NAD
ADP
ADP
NADH
ATP
ATP
NADH
ATP
ATP
Pi Pi
P ~ 3 C ~P
P ~ 3 C
P ~ 3 C ~P
P ~ 3 C
3 C Piruvato3 C Piruvato
2 moléculas de ATP sãoutilizadas para ativar umamolécula de glicose einiciar a reação
A molécula de glicoseativada pelo ATP dividi‐seem 2 moléculas de 3carbonos
Há a incorporação defosfato inorgânico (Pi) naformação do NADH
2 moléculas de ATP sãoliberadas, recuperando odébito inicial
Liberação de 2 ATP eformação de piruvato
2 ATP
2 ATP
Glicólise
C6H12O6 2 C3H4O3
Consumo inicial ‐> 2 ATP; Produtos finais ‐> 4 ATP; Saldo ‐> 2 ATP por molécula de glicose.
“Na quebra da glicose, há a também a liberação de 4 e‐ (elétrons)altamente energizados e 4 íons H+. Desses 4 íons, 2 ficam livres nocitosol, enquanto os outros 2 e os 4 e‐ são capturados por duasmoléculas de NAD (aceptores de e‐), formando NADH.” (Amabis &Martho, 2009)
O NAD e o FAD, são moléculas que possuem acapacidade de captar elétrons de alta energia(aceptores de elétrons), podendo,posteriormente, fornecer estes elétrons aossistemas responsáveis pela síntese de ATP.
Ciclo de Krebs
Ocorre na matriz mitocondrial ‐> aeróbico;
1º passo – Transformação do piruvato em acetilliberação de CO2;
2º passo – entrada do acetil nas membranas damitocôndria;
3º passo – Chegada do Ácido pirúvico pelas membranas damitocôndria;
4º passo – reação química ‐> ácido pirúvico + coenzima A; 5º passo – formação da Acetilcoenzima A (acetil CoA); 6º ‐ passo oxidação completa da acetil CoA (9 reações).
Atenção!
ATP GTP;
GTP possui a base nitrogenada GUANINA, sendo responsável pelaenergia usada na síntese de proteína
GTP
ATP
3ª Etapa – Cadeia transportadora de elétrons
Cadeia Transportadoras de elétrons
Local onde há a produção da maior parte do ATP narespiração celular;
Ocorre nas CRISTAS MITOCÔNDRIAIS;
Tem como principal característica, a utilização dos aceptoresde elétrons NADH E FADH2 e de citocromos;
Participação efetiva do oxigênio.
Cadeia transportadora de elétrons
Os elétrons são transferidos de uma proteína para outra, aolongo de uma cadeia, onde há a perda gradativa de energia;
A energia liberada ao longo da cadeia é utilizada para aformação do ATP através da fosforilação oxidativa.
Cadeia transportadora de elétrons
“A energia liberada pelos elétrons de alta energia obtidosatravés da molécula de glicose pode formar um máximo de26 ATP. Somando –se aos 2 ATP formados na glicólise e aos 2ATP formados no ciclo de Krebs (1 para cada acetil), tem‐seum total de 30 ATP que é o máximo formado pela respiraçãocelular, segundo pesquisas atuais” (Amabis e Martho, 2004).
Fotossíntese
Processo responsável pela responsável pela taxa demanutenção de oxigênio na Terra.
Ocorre em duas etapas: Fase clara – FOTOUÍMICA Fase escura ‐ QUÍMICA
Equação da fotossíntese 6CO2 + 12H2O C6H12O6+ 6O2 + 6H2O
FASE
CLARA
Etapa Fotoquímica
Fotossistemas (Photosystems) ‐> São as estruturas presentesnos tilacóides responsáveis por captar energia.
Há dois fotossistemas: Fotossistema I e II;
Os fotossistemas são formados por: Complexo antena (captação de energia luminosa); Centros de reações (conversão de energia luminosa em química); Clorofilas (pigmentos fotossintetizantes)
Atuam na fosforilação cíclica e acíclica.
FASE CLARA
Depende da presença da luz;
Ocorre nos tilacóides;
Transforma energia luminosa em energia química;
Os principais processos desta etapa são: Fotofosforilação cíclica e acíclica; Fotólise da água.
FASE CLARA ‐ Fotofosforilação
Fotofosforilação acíclica
Atuação dos dois fotossistemas (I e II); Ocorre a fotólise da água (quebra da água pela luz) A energia luminosa captada pelo PSII é usada para a montagem da
molécula de ATP; A energia luminosa captada pelo fotossistema I é usada para a
formação do NADPH.
FASE CLARA ‐ Fotofosforilação
Fotofosforilação cíclica Atuação do fotossistema I; Formação exclusiva de NADPH; Os elétrons são captados por aceptores como a ferrodoxina
(proteína que contém ferroem sua constituição), flavinas,citocromos e vitamina K.
Durante a sequência de aceptores, os elétrons vão perdendoenergia para o meio, ficando cada vez menos excitado;
O último aceptor de elétrons é o NADP+. Toda a energia liberadapelos elétrons durante a cadeia é usada para a formação de ATP
FASE ESCURA – Etapa Química
Ocorre no estroma do cloroplastos e no citosol da bactérias;
Dispensável a presença de luz.
Tem como principal característica a formação decarboidratos, fato que ocorre través de um processochamado CICLO DE CALVIN–BENSON (Ciclo das pentoses);
Na fase escura, os produtos da fotofosforilação, são utilizadoscomo reagentes, juntamente com o gás carbônicoatmosférico.
CICLO DE CALVIN–BENSON
FASE ESCURA – Etapa Química
Ciclo das pentoses
1º Passo – uma molécula de CO2 é fixada em uma molécula deaçúcar fosforilado, a RIBULOSE 1,5 DIFOSFATO, originando umcomposto instável com 6 carbonos;
2º Passo – Este composto se decompõe imediatamenteoriginando duas moléculas de ácido fosfoglicérico.
3º Passo – Ocorrem reações inversas da glicólise que originam aglicose e regeneram a ribulose 1,5 difosfato para que o ciclorecomece.
FASE ESCURA – Etapa Química
A enzima que catalisa as reações é denominada RUBISCO(enzima mais abundante );
“As moléculas de gliceraldeído‐3‐fosfato formadas no Ciclo deCalvin‐Benson podem seguir dois caminhos: a maioria sai doscloroplastos e transforma‐se em sacarose, no citosol; as quepermanecem nos cloroplastos são convertidas diretamenteem amido e armazenadas temporariamente no estroma,formando grãos de amido. Durante a noite, o amido étransformado em sacarose e sai para o citosol, onde éexportado pelo floema.’ (Amabis & Martho, 2009)
PONTO DE COMPENSAÇÃO FÓTICO