• Fator limitante à vida ENERGIA!!
• Produção de energia: moléculas orgânicas com potencial
energético nas suas ligações químicas são quebradas;
• Processos de obtenção de energia: respiração anaeróbia,
respiração aeróbia (mais energético poder oxidante do O2)
e fermentação;
• Autotróficos fotossintetizantes produzem moléculas
orgânicas a partir de moléculas inorgânicas e luz solar pela
fotossíntese. Elas são incorporadas à biomassa do
organismo ou são degradadas no processo de respiração
celular (aeróbia)
• Heterotróficos: obtém as moléculas orgânicas do meio ao se
alimentar de outros seres, realizando respiração celular ou
fermentação;
Energia e vida
• Trifosfato de Adenosina (ATP):
capta a energia das reações
exergônicas, a armazena
temporariamente e depois a
transfere para uma reação
endergônica.
Armazenamento
de energia
na forma de ATP
Adenosina-P~P~P Adenosina-P~P + Pi
7000
calorias
• Reações exergônicas: liberam energia livre e calor
• Reações endergônicas: consomem energia
Alimentos
Açucares
Gorduras
Proteínas
Biopolímeros
Proteínas
Polissacarídeos
Gorduras
Ác. Nucléicos C
ata
bo
lism
o
An
ab
oli
sm
o
A T P
Produtos Finais
CO2
H2O
NH3
Precursores
Aminoácido
Monossacarídeos
Ác. Graxos
Bases Nitrogenadas
METABOLISMO = ANABOLISMO + CATABOLISMO
Respiração Celular:
C6H12O6 + 6 O2 6CO2 + 6 H2O + 686 Kcal
Processo que permite às células retirarem a energia acumulada nos
compostos orgânicos.Também é um processo de OXIDAÇÃO, onde a
energia liberada na forma de e- é aproveitada e transportada pelos aceptores
intermediários de e-: NAD, FAD
ATP
1. Glicólise
(Citoplasma)
2 X
Hexoquinase
Fosfofrutoquinase
Piruvato cinase
Saldo:
- 2 ATP´s
- 2 NADH.H+ (reduzidos)
- 2 piruvatos
Glicólise
Glicose Glicose-6P
Hexoquinase
presente em
todos os tecidos
extra-hepáticos
afinidade pela
glicose
Glicoquinase
presente apenas
nas células
hepáticas e
ilhotas do
pâncreas
afinidade pela
glicose
captação
de glicose
do sangue
para os
tecidos
captação
de glicose
para formação
de glicogênio
hepático
ATP ADP+Pi
E 6C
Ácido acético
+
Gás carbônico
Eliminado na respiração
Radical acetil
+ CO A
Coenzima A
Acetil COA
(2)
(2)
Síntese de Acetil-CoA
+ NADH.H+
2. Ciclo de Krebs ou Ciclo do Ácido Cítrico
(matriz mitocondrial)
P/ cada Acetil CoA:
- 4 NADH.H+
- 1 FAD.H2
- 1 ATP
- 3 CO2
Tudo
multiplicado
por 2!
Resumo da Cadeia Respiratória:
• NADH.H+ e FADH2 são reoxidados, liberando elétrons e prótons H+
• Os e- irão ser transportados pela cadeia transportadora e depois ser aceptados pelo O2 formando água, junto com os prótons
• A energia liberada no fluxo de e- é utilizada para bombear íons H+ da matriz para o espaço intermembranas, criando um GRADIENTE QUIMIOSMÓTICO
• Os íons H+ retornam à matriz pela ATP sintase, liberando energia para a fosforilação de ADP em ATP
• Para cada NADH.H+ têm-se a formação de 3 ATP’s e para cada FADH2 têm-se a formação de 2 ATP’s.
Saldo: 34 ATP’s
ETAPA OCORRÊNCIA
RENDIMENTO
(em moléculas de
ATP)
Glicólise Formação direta de ATP
Formação de 2 NADH.H+ (x 3 ATP)
2
6
Síntese de
Acetil -CoA Formação de 2 NADH.H+ (x 3 ATP) 6
Ciclo de Krebs
Formação direta de ATP 2
Formação de 6 NADH.H+ (x 3 ATP)
Formação de 2 FADH2 (x 2 ATP)
18
4
Total 38
Balanço Energético da Respiração
OBS.: Em algumas células há gasto de um ATP para transportar cada
NAD reduzido formado durante a Glicólise para dentro da mitocôndria.
Assim, o saldo de ATP é menor (36).
Além da glicose, outras moléculas orgânicas, tais como açucares,
lipídeos e proteínas também podem ser degradadas através do processo
respiratório.
Proteínas
Açucares
Lipídeos
Acetil CoA
Ácidos graxos
+
Glicerol
Aminoácidos
Ciclo de Krebs
Inibidores da cadeia
respiratória
• Interrompem o fluxo de elétrons;
Impedem a:
• reoxidação do NADH2 e FADH2;
• criação do gradiente quimiosmótico;
• redução do O2 a H2O;
• Produção de ATP.
Ciclo de Krebs e
Cadeia Respiratória
não ocorrem!
Fermentação Morte
Inibidores da cadeia
respiratória Cianeto:
• Inseticidas, revelação fotográfica, produção de plásticos,
acrilato e colas instantâneas, douração de certos metais a frio
(cianeto de ouro), espuma de isolamento acústico – Boate Kiss!
• Se liga ao citocromo oxidase;
• Impede a doação de elétrons para o O2;
Envenenamento pode causar:
• Acidose láctica;
• Hipóxia histotóxica – acúmulo de oxihemoglobina!
Cianureto:
• Mandioca-brava;
• Suicídios na 2ª Guerra Mundial;
• Câmaras de gás;
Desacopladores da cadeia
respiratória • Desacoplam a produção de ATP do fluxo de elétrons e
consumo de O2;
• Aumenta o consumo de O2;
• Diminui a produção de ATP;
• Desfaz o gradiente quimiosmótico;
• Energia é dissipada na forma de calor;
DINITROFENOL (DNP) e FLUOROCARBONIL-CIANETO
FENILHIDRAZONA (FCCP)
• Transportam H+ do espaço intermembranar para a matriz sem
passar pela ATPsintase;
TECIDO ADIPOSO MARROM
• Recém-nascidos de mamíferos – permease UCP
Fermentação (Ocorre na ausência de O2)
Objetivo: reoxidar o NADH.H+ e permitir um mín de ATP
Glicose 2 Ácidos pirúvicos
2 ADP 2 ATP
2 NAD ox 2 NAD red
Produto
Fermentação
1. Fermentação Alcóolica
Ex: leveduras (anaeróbicos facultativos). Produção de vinho, cerveja, pão, etc.
Ácido pirúvico
NAD red NAD ox
Etanol + CO2
Rendimento: 2 ATP´s. Maior consumo de glicose.
2. Fermentação Lática
Ex: células musculares, bactérias. Fabricação de queijos, coalhadas e iogurtes.
Ácido pirúvico
NAD red NAD ox
Ácido Lático
Rendimento: 2 ATP´s. Maior consumo de glicose.
Respiração Anaeróbia
Processo muito semelhante à respiração aeróbia. A diferença principal
é que o aceptor final na cadeia transportadora de elétrons não é o O2, mas sim
uma outra substância inorgânica, que pode ser um nitrato, um sulfato ou um
carbonato. Ex: bactérias desnitrificantes.
3. Fermentação Acética
Ex: acetobactérias. Produção de vinagre. O ác. pirúvico é reduzido a ác. acético
com liberação de CO2.
6CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 H2O + 6 O2
Provém da água
Realizada por algas, vegetais e
cianobactérias, mas apenas algas e
vegetais possuem cloroplastos.
A fotossíntese tem 2 etapas:
- Fase luminosa (clara) depende de luz
- Fase escura ocorre mesmo no escuro
Importância da Fotossíntese para os Seres vivos:
- Produção de matéria orgânica para a nutrição dos seres;
- Constante purificação do ar atmosférico dele retirando CO2 e a ele
devolvendo O2 para a respiração dos seres vivos.
Onde ocorre a fotossíntese?
- Eucariontes Cloroplastos
*Fase clara: membrana
dos tilacóides. Ocorre a
produção de O2 com a
fotólise da água, produção
de ATP e de NADP red;
*Fase escura: estroma.
Ocorre a redução do CO2
em glicose, gerando ADP e
NADP oxi;
Cloroplastos Dupla membrana;
DNA próprio;
RNA próprio;
Ribossomos próprios;
Contém pigmentos,
como a clorofila, que
absorvem luz, convertendo
a energia solar em energia
química;
Clorofila membrana
do tilacóide. Se associam
a outros pigmentos e
proteínas, formando os
fotossistemas;
Fotossistemas: Existem dois
fotossistemas (PSI e PSII), que quando
iluminados perdem e-, que passam por
uma cadeia transportadora, liberando
energia para produção de ATP.
Absorção de luz
Pigmentos fotossintéticos:
clorofila (a e b), carotenóides
e ficoeritrinas
O principal pigmento
fotossintético é a
clorofila a –
Fotossistema I
Por que a clorofila a
é verde?
Luz na Fotossíntese:
Etapas da Fotossíntese:
1. a absorção da energia da luz pela clorofila;
2. a fotólise da água;
3. a liberação de oxigênio e a redução de uma aceptor de elétrons
chamado NADP, que passa a NADPH2;
4. a formação de ATP;
5. a síntese de glicose.
Dependente de luz; Ocorre na membrana dos tilacóides.
Compreende dois fenômenos que ocorrem paralelamente:
fotofosforilação cíclica e fotofosforilação acíclica;
Fase luminosa da Fotossíntese:
1. Fotofosforilação
acíclica:
OBS: Ocorre a fotólise da
água e a consequente
liberação de O2. Cada
molécula de NADP pode
receber 2 e-, assim ele passa
a NADP reduzido.
ATP e NADPH.H+ formados
na fase clara serão de
fundamental utilidade para
desencadear a fase escura
da fotossíntese.
Todo o O2 liberado provém
da fotólise da água!
SALDO DA FASE CLARA
(fotofosforilação acíclica):
- ATP;
- NADPH2;
- O2;
Obs: o oxigênio é liberado para a
atmosfera, enquanto NADP
reduzido e ATP serão empregados
na próxima fase da fotossíntese, na
fase de produção de glicose.
Obs: as fases clara e escura são interdependentes. A fase escura utiliza ATP e NADPH2 formados na fase clara, reoxidando o NADP e produzindo ADP. Estes por sua vez, retornam à fase clara para ser reduzido (NADP) e fosforilado (ADP) novamente. Assim, se fase clara não ocorre, também não ocorre a escura e vice-versa!!
2. Fotofosforilação cíclica (bactérias)
OBS: não há fotólise da água, não há liberação de O2, nem formação de
NADP reduzido.
FOTOSSISTEMA Complexo antena
Centro de Reação
COMPLEXO
ANTENA:
Pigmentos associados à
proteínas antena para
melhor captação de luz
transferem energia
para o centro de reação
CENTRO DE
REAÇÃO:
Possui um par de
clorofila especial
absorve a energia e
perde elétrons
Bombeamento de prótons na fotossíntese
• Formação de
gradiente
quimiosmótico;
•Bombeamento
de prótons para
o lúmen do
tilacóide;
•Retorno dos
prótons para o
estroma.
Fase escura da Fotossíntese (estroma)
Também chamado de Ciclo de Calvin ou Ciclo das pentoses.
Independe de luz, mas é dependente de NADP red e ATP formados pela fase clara
para reduzir o CO2!!
CO2 3-fosfoglicerato 1,3 difosfoglicerato Gliceraldeído
3-fosfato
Ribulose
5-fosfato
Frutose 1,6 difosfato
Glicose / amido/
Sacarose/ aa’s
Ribulose 1,5 -
difosfatofosfato
ATP ADP
NADPH NADP
Regeneração
OBS: São necessários 6 CO2 para
formar 1 glicose.
A cada 2 ciclos (2 gliceraldeído 3-
fosfato) forma-se 1 glicose.
Plantas CAM: cactos,
bromélias (abacaxi) e lírios
• Armazena CO2 em compostos
orgânicos durante a noite –
temporal.
Noite: Fosfoenolpiruvato
+ CO2 = malato
Dia: Malato é
descarboxilado=
fosfoenolpiruvato +
glicose (fase escura)
Plantas C4: milho, cana-de-açucar, orquídea
Mantém altas taxas de fotossíntese, mesmo com baixas
[CO2]
•Armazena CO2 em compostos orgânicos nas células da
bainha vascular – espacial.
Células do mesófilo:
Fosfoenolpiruvato + CO2
= malato
Células da bainha:
Malato é descarboxilado
= piruvato + glicose (fase
escura)
Obs: as plantas C3 só utilizam a via C3 (formação de
PGAL), enquanto as plantas C4 e CAM utilizam tanto a via
C3 quanto C4.
Fotorrespiração
• Dias muito quentes
acúmulo de NADP red e ATP
•Rubisco oxidase promove a
reação entre ribulose
bifosfato e O2.
Fatores limitantes da fotossíntese
Fatores limitantes intrínsecos
• Disponibilidade de pigmentos fotossintetizantes
• Disponibilidade de enzimas e de cofatores
Fatores limitantes extrínsecos
• A Temperatura;
• Intensidade luminosa;
• O comprimento de onda;
• A concentração de CO2.
Ponto de compensação fótica
Taxa de respiração constante;
taxa de fotossíntese varia;
Quando R = F, temos o ponto de compensação fótica
Quimiossíntese
Reações de oxidação de substâncias inorgânicas geram
ATP, que será utilizado para a produção de glicose e
liberação de O2..
Bactérias e arqueobactérias autotróficas: Primeira etapa (análoga à fase clara da fotossíntese)
Composto Inorgânico + O2 → Compostos Inorgânicos oxidados
+ Energia Química
Segunda etapa (análoga à fase escura da fotossíntese)
CO2 + H2O + Energia Química → Compostos Orgânicos + O2
•Ex: ferrobactérias, nitrobactérias (nitrificantes).
Quimiossíntese
•Metanogênicas: H2 + CO2 = CH4. Lixões, pântanos e tubos digestivos;
• Ferrobactérias: do gênero Ferrobacillus oxidam íon ferroso (Fe++) a íon
férrico (Fe+++), obtendo ATP.
• Nitrosomonas e Nitrobactérias oxidam amônia a nitrito e nitrito a nitrato,
respectivamente, obtendo ATP.
Nitrosomonas:
• NH3 (amônia) + O2 → NO2- (nitrito) + Energia
• 6 CO2 + 6 H2O + Energia → C6H12O6 + 6 O2
Nitrobacter:
•NO2- (nitrito) + O2 → NO3
- (nitrato) + Energia
•6 CO2 + 6 H2O + Energia → C6H12O6 + 6 O2