1

BBIIOOEENNEERRGGÉÉTTIICCAA

NNaa ccéélluullaa mmiillhhaarreess ddee ccoommppoossttooss eessttããoo aa sseerr

ssiinntteettiizzaaddooss ee ddeeggrraaddaaddooss eemm ssiimmuullttâânneeoo..

MMeettaabboolliissmmoo:: éé oo ccoonnjjuunnttoo ddee ttooddaass aass rreeaaccççõõeess

eennvvoollvviiddaass nnaa mmaannuutteennççããoo ddeessttee eessttaaddoo ddiinnââmmiiccoo..

NNoo ggeerraall aass rreeaaccççõõeess mmeettaabbóólliiccaass ppooddeemm sseerr

ddiivviiddiiddaass eemm ddooiiss ggrruuppooss:: rreeaaccççõõeess ccaattaabbóólliiccaass ee

rreeaaccççõõeess aannaabbóólliiccaass..

OO nnoossssoo oorrggaanniissmmoo uuttiilliizzaa uummaa vviiaa ccaattaabbóólliiccaa

ddiiffeerreennttee ppaarraa ccaaddaa ffaammíílliiaa ddee mmaaccrroommoollééccuullaass,,

ppoorréémm ttooddaass eellaass ccoonnvveerrggeemm ppaarraa uummaa úúnniiccaa vviiaa..

OO pprriinncciippaall pprrooppóóssiittoo ddaass ddiiffeerreenntteess vviiaass ccaattaabbóólliiccaass

éé ccoonnvveerrtteerr aa eenneerrggiiaa qquuíímmiiccaa ddooss aalliimmeennttooss eemm

mmoollééccuullaass ddee AATTPP ee oobbtteerr aaiinnddaa ppeerrccuurrssoorreess ppaarraa

ssíínntteessee ddee ddeetteerrmmiinnaaddooss mmeettaabboolliittooss..

2

AA ccéélluullaa ee aa MMiittooccôônnddrriiaa

AA ccéélluullaa aanniimmaall ttííppiiccaa ppoossssuuii iinnúúmmeerrooss ccoommppoonneenntteess

ooss qquuaaiiss sseerrvveemm ppaarraa ddiiffeerreenntteess ffuunnççõõeess..

3

AA mmiittooccôônnddrriiaa éé oo oorrggaanneelloo ddooss oorrggaanniissmmooss

ssuuppeerriioorreess oonnddee ooccoorrrree aa vviiaa ccaattaabbóólliiccaa ccoommuumm..

4

AAss eennzziimmaass ddoo cciicclloo ddoo áácciiddoo ccííttrriiccoo eessttããoo

eesssseenncciiaallmmeennttee llooccaalliizzaaddaass nnaa mmaattrriizz mmiittooccoonnddrriiaall..

OOss pprriinncciippaaiiss ccoommppoonneenntteess ddaa vviiaa ccaattaabbóólliiccaa ccoommuumm

EExxiisstteemm dduuaass ppaarrtteess ccoommuunnss àà vviiaa ccaattaabbóólliiccaa:: 11ªª cciicclloo ddoo

áácciiddoo ccííttrriiccoo,, 22ªª ffoossffoorriillaaççããoo ooxxiiddaattiivvaa..

ÉÉ iimmppoorrttaannttee ccoommpprreeeennddeerr aa mmoollééccuullaa ddee AATTPP..

AAss lliiggaaççõõeess PP--OO--PP ddoo aanniiddrriiddoo ffoossffóórriiccoo ccoonnttéémm mmaaiiss

eenneerrggiiaa qquuíímmiiccaa ((77,,33 kkccaall//mmooll)) ddoo qquuee aass lliiggaaççõõeess

CC--OO--PP dduumm ffoossffooéésstteerr ((33,,44 kkccaall//mmooll))..

AATTPP AADDPP AAMMPP AA

Membrana interna

Cristas

Matriz Membrana externa

Pi Pi Pi

7,3 kcal/mol 7,3 kcal/mol 3,4 kcal/mol

5

OO AATTPP ee oo AADDPP ccootteemm lliiggaaççõõeess ffoossffaattoo ddee eelleevvaaddaa

eenneerrggiiaa..

O ATP é uma forma de armazenamento de energia

por um curto tempo de vida.

AA mmoollééccuullaa ddee AATTPP ppeerrmmaanneeccee nnaa ccéélluullaa dduurraannttee,,

aapprrooxxiimmaaddaammeennttee,, 11 mmiinnuuttoo..

EEssttiimmaattiivvaass ssuuggeerreemm qquuee dduurraannttee uumm eexxeerrccíícciioo

vviioolleennttoo oo ccoorrppoo hhuummaannoo pprroodduuzz ee ddeeggrraaddaa mmaaiiss ddee

00,,55 KKgg ddee AATTPP ppoorr mmiinnuuttoo ((≃≃99..000000..000000 €€//mmiinn))..

PPaarraa aalléémm ddoo AATTPP,, oouuttrraass mmoollééccuullaass ppooddeemm ttaammbbéémm

sseerr uuttiilliizzaaddaass ccoommoo mmoollééccuullaass aarrmmaazzeennaaddoorraass ddee

eenneerrggiiaa,, ssããoo eellaass aass ccooeennzziimmaass NNAADD++ ee FFAADD..

6

H2C

O

P

O

P

O

N

NN

N

NH2

O

HOH

HH

H

CH2

H

-O O

O-O

NO

HOH

HH

HH

C NH2

O

+

N N

N

NO

OH

H3C CH3

C CH

H

C C C

H H H H

HOH OH OH

O P O P OH2C

N

NN

N

NH2

O

HOH

HH

HH

O-

O O

O-

ADP Flavina Ribitol

Riboflavina

FAD

Ribose

Nicotinamida

ADP

NAD+

7

AAss ccooeennzziimmaass NNAADD++ ee FFAADD ssããoo mmuuiittaass vveezzeess vviissttaass ccoommoo

mmoollééccuullaass ttrraannssppoorrttaaddoorraass ddee eelleeccttrrõõeess..

OOuuttrraa mmoollééccuullaa iimmppoorrttaannttee nneessttaa vviiaa ccaattaabbóólliiccaa ccoommuumm éé aa

ccooeennzziimmaa AA ((CCoo AA)),, aa qquuaall éé uummaa mmoollééccuullaa ttrraannssppoorrttaaddoorraa

ddee uumm ggrruuppoo aacceettiilloo..

AA ccooeennzziimmaa AA ttaammbbéémm ccoonnttéémm AADDPP,, oo qquuaall eessttáá

lliiggaaddoo aaoo áácciiddoo ppaannttoottéénniiccoo ((uummaa ddaass ffoorrmmuullaass

eessttrruuttuurraaiiss ddaa vviittaammiinnaa BB))

CoA S C CH3

O

Ligação de elevada energia

8

S

C

CH3

CoA

O

COO-

C

CH3

O

HS CoA

CO2

Piruvato desidrogenase

NAD+

NADH

BBiiooeenneerrggééttiiccaa:: ccoonnvveerrssããoo ddooss aalliimmeennttooss eemm eenneerrggiiaa

COO-

C

CH3

O C

CH3

OS CoAHS-CoA

NAD+

NADH

CO2

RReeaaccççõõeess ddoo cciicclloo ddoo áácciiddoo ccííttrriiccoo O ciclo do ácido cítrico também conhecido por ciclo de Krebbs ou dos ácidos tricarboxílicos é constituído por 8 passos: 1ª reacção: enzima citrato sintase

C

CH3

S CoAHS-CoA

H2O

+OC

COO-

CH2

COO-

HO C COO-

CH2

COO-

CH2

COO-

O

Esta é a única reacção do ciclo do ácido cítrico na qual há formação de uma ligação C-C.

Piruvato Acetil CoA

Piruvato desidrogenase

Acetil CoA Oxaloacetato Citrato

Citrato sintase

∆G’º=-32,2 kJ/mol

C

C

OS CoA

HH H

AsP CO-

O

C

C

OS CoA

HH

C

C

OS CoA

HH

carbanião

2ª reacção: enzima aconitase

H2O

HO CC COO-

H2C COO-

H2O

C COO-

CCOO-

CH2

COO-

H

H2O

H2O

H C COO-

CHCOO-

CH2

COO-

HO

COO-

HH

3ª reacção: enzima isocitrato desidrogenase

NAD(P)+

NAD(P)H+H+

HC COO-

C

COO-

CH2

COO-

H C COO-

CHCOO-

CH2

COO-

HO O

CO2

CH2

C

COO-

CH2

COO-

OH+

aconitase aconitase

Citrato Cis-Aconitato 2R-3S-Isocitrato

Isocitrato desidrogenase

2R-3S-Isocitrato Oxalo

succinato α-cetoglutarato

Isocitrato desidrogenase

∆G’º=13,3 kJ/mol

∆G’º=-20,9 kJ/mol

4ª reacção: enzima α-cetoglutarato desidrogenase

CH2

C

COO-

CH2

COO-

O HS-CoACO2

NAD+NADH

CH2

C

S-CoA

CH2

COO-

O

5ª reacção: enzima succinil-CoA sintase

H2C

COO-

CH2

COO-HS-CoA

GDP+PiCH2

C

S-CoA

CH2

COO-

O

GTP

α-cetoglutarato desidrogenase

α-cetoglutarato Succinil CoA

Succinil CoA sintase

Succinil CoA Succinato

∆G’º=-33,5 kJ/mol

∆G’º=-2,9 kJ/mol

P

O-

O- O

OH

CH2

C

S-CoA

CH2

COO-

ON

NH

HS-CoA HS-CoA

P

O

O- O

O-

CH2

C

CH2

COO-

O

N

NH

H+

H+-O

CH2

C

CH2

COO-

O

P

O

O-

O-N

NH+

GDP+H+

GTP

GTP

GDP+H+

N

NH

His

His

His

His

6ª reacção: enzima succinato desidrogenase

H2C

COO-

CH2

COO-

FADFADH2

HC

COO-

CHCOO-

Succinato desidrogenase

Succinato Fumarato

∆G’º=0 kJ/mol

2

1

3

4

7ª reacção: enzima fumarase

HC

COO-

CHCOO- H2O

HC

COO-

CHCOO-

HOH

8ª reacção: enzima L-Malato desidrogenase

H2C

COO-

CCOO-

HC

COO-

CCOO-

HOH

NAD+NADH + H+

OH

Fumarase

Fumarato L-Malato

∆G’º=-3,8 kJ/mol

Malato desidrogenase

L-Malato Oxaloacetato

∆G’º=29,7 kJ/mol

CCoommoo éé qquuee oo cciicclloo ddoo áácciiddoo ccííttrriiccoo lleevvaa àà pprroodduuççããoo ddee eenneerrggiiaa??

Numa das etapas há formação de uma molécula de

elevada energia (GTP) e noutras duas há conversão

de NAD+ em NADH e FAD em FADH2.

Estas coenzimas transportam H+ e electrões

(potencial redutor) que podem num processo

subsequente ser utilizadas para a síntese de ATP.

O ciclo para oxidação do acetato para além de

maximizar a conservação da energia obtida,

proporciona ainda materiais de partida para a

síntese de aminoácidos e proporciona um

excelente método para regulação da velocidade

das reacções catalíticas.

Reacção representativa da totalidade das reacções

do ciclo do ácido cítrico:

CH3COOH + 2H2O + 3NAD+ + FAD ⇌ 2CO2 +

3NADH + FADH2 + 3H+

O ciclo do ácido cítrico é controlado por um

mecanismo de feedback

Quando alguns dos produtos formados (ATP e

NADH) são acumulados, observa-se a inibição de

algumas enzimas do ciclo: citrato sintase, isocitrato

desidrogenase, α-cetoglutarato desidrogenase.

Quando a acetil-CoA é abundante, a velocidade do

ciclo é aumentada, sendo a enzima isocitrato

desidrogenase estimulada por ADP e NAD+.

FFoossffoorriillaaççããoo ooxxiiddaattiivvaa

As coenzimas reduzidas (NADH e FADH2) são

produtos finais do ciclo do ácido cítrico, que podem

reduzir o oxigénio a água:

4H+ + 4e- + O2 → 2H2O

Esta reacção altamente exotérmica é realizada em

diversas etapas, de forma a maximizar-se a

conservação da energia libertada.

A transferência dos electrões até ao oxigénio faz-se

através de várias enzimas de acordo com uma

determinada sequência.

São bombeados 6H+ por cada NADH oxidado e 4H+

por cada FADH2 oxidado.

Fosforilação e a bomba quimiosmótica

Peter Mitchell em 1961 formulou a teoria quimiosmotica: a energia obtida da transferência de electrões é conservada na formação de um gradiente de protões. A força motora que leva a que ocorra um movimento espontâneo de iões das regiões de maior concentração para as de menor concentração leva a que os iões retornem à matriz através de uma enzima transmembranar denominada por ATPase/ATPsintase (complexo V). Esta enzima catalisa a conversão de ADP em ATP:

ADP + Pi ⇄ ATP + H2O

Equações globais da fosforilação oxidativa

NADH+3ADP+½O2+3Pi+H+→NAD++3ATP+H2O

FADH2+2ADP+½O2+2Pi→FAD+2ATP+H2O

Rendimento energético

A energia libertada na cadeia transportadora de

electrões é conservada na molécula de ATP.

Por cada 2 protões que entram na matriz

mitocondrial ocorre a produção de uma molécula de

ATP.

Por cada grupo acetilo que entra no ciclo do ácido

cítrico são obtidos 3 NADH e 1 FADH2 mais 1 GTP.

3NADH x 3ATP/NADH = 9 ATP

1FADH2 x 2ATP/FADH2 = 2 ATP

1GTP = 1 ATP

12 ATP

C2+2O2+12ADP+12Pi → 12ATP + 2CO2