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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