Metabolismos Energéticos

Prof. Luiz Philippe Sergio

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.

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.

Reações Exergônicas e Reações Endergônicas

Reações Consomem ou “Liberam” Energia

Variação dos Níveis de Energia

Nas ligações fosfato da molécula de ATP.

Como a energia é armazenada na célula?

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.

• 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

NAD FAD

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

Fermentação

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

• 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

• Utilização pelo homem: Bebidas alcóolicas, Pães e Bolos (Fermento Bio)

• 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

• Utilização pelo homem: Queijos e Iogurtes

C6H12O6 = 2 C2H4O2 + CO2 + 2 ATP

Fermentação Acética

Quimiossíntese

• 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

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).

Bactérias

Respiração Celular

• 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

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 38 ATP

Equação Geral

Onde Ocorre?

Modificações mais profundas da Glicose

• Glicólise

• Oxidação do ácido pirúvico

• Ciclo de Krebs

• Cadeia respiratória

• Quebra da glicose em duas moléculas de piruvato + 2 NADH + 4 ATP

Glicólise – Ocorre no Citoplasma

• 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

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

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.

Coenzima A

• 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 KrebsMatriz Mitocondrial

Aumentam a Velocidade do Ciclo de KrebsCitrato Sintase

Isocitrato Desidrogenaseα-citoglutarato desidrogenase

Ciclo de Krebs

PRODUTOS FORMADOS NO CICLO DE KREBS POR CADA

ÁCIDO PIRÚVICO

COMO SÃO 2 MOLÉCULAS DE ÁCIDO PIRÚVICO, O

RESULTADO FINAL É:

• 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

Elétrons altamenteenergéticos

Cadeia transportadoraDe elétrons

O2 + 4H+ + 4e - 2H2O

NADH NAD

Complexo Enzimático I

Q

Cit c

Complexo Enzimático II

Complexo Enzimático IIIH+

½ O2 H2O

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

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.

Resumindo

O Catabolismo de outras moléculas:

PROTEÍNAS CARBOIDRATOS LIPÍDIOS

AMINOÁCIDOS GLICOSE ÀC. GRAXOS

PIRUVATO

Acetil-CoA

CICLODE

KREBSCADEIA RESPIRATÓRIA

Degradação de macromoléculas

Monômeros

Respiração Aeróbia

Produtos metabólicos finais

NH3 CO2H2O

Vias Gerais

• Glicogênese – Glicose Glicogênio

• Glicogenólise – Glicogênio Glicose

• Gliconeogênese – Aminoácidos, glicerol e lactato Glicose

• Glicólise – Glicose Piruvato, Lactato

Fotossíntese

Um pouco de história

• Experimentos de Joseph Priestley

a b c

Nos cloroplastos, mais precisamente onde?

granum

epiderme

célulasfotossintetizadoras

epiderme

tilacóide

núcleo

cloroplasto

vacúolo

estroma

tilacóide

membrana do tilacóide

interior do tilacóide

folha em cortetransversal

feixe de luz branca

esp

ectr

o d

e c

ore

s

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

Fotofosforilação Acíclica

Fotofosforilação Cíclica

Clorofila e Organismos

• Clorofila a = Cianobactérias e Eucariontes

• Clorofila b = Plantas e Algas Verdes

• Clorofila c = Algas Pardas e Diatomáceas

• Clorofila d = Algas Vermelhas

Via de Três Carbonos – C3

Fotorrespiração:

Via de Quatro Carbonos – C4

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.

carboidratos

estromatilacóide

reações da fase

de escuro

ATP

NADP

NADPH2

CO2

O2H2O

ADP + Pi

reações da fase de claro

Anabolismo – fazer moléculas, ou seja, formar compostos;

Catabolismo – fazer ATP, ou seja, quebrar moléculas ou compostos;

Recordando...

Acabou, por hora!