fundamentos de bioquÍmica aula 4: respiraÇÃo celular

FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA

AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR



Conteúdo Programático desta aula

• Etapas da respiração

celular: glicólise, ciclo de

Krebs, cadeia respiratória e

fosforilação oxidativa;

• Respiração celular: aeróbia

X anaeróbia

(fermentação).



É o processo de conversão ou “extração” da energia

das ligações químicas das moléculas orgânicas que

será utilizada para todas as formas de trabalho

biológico.

A organela responsável por esse mecanismo é a

mitocôndria. Neste processo ocorre a liberação de

dióxido de carbono e energia e o consumo de

oxigênio e glicose, ou outra molécula orgânica.

RESPIRAÇÃO CELULAR



ETAPAS DA RESPIRAÇÃO

CELULAR



GLICÓLISE

•É o processo rápido de degradação de uma

molécula de glicose em duas moléculas de ácido

pirúvico ou piruvato.

•Ocorre no hialoplasma(citossol) e consiste em 10

reações enzimáticas.



FUNÇÕES DA GLICÓLISE

• Preparar a glicose para ser degradada em CO2 e H2O;

• Sintetizar ATP com ou sem oxigênio;

• Utilização de intermediários em processos

biossintéticos.



FÓRMULA DA GLICÓLISE

Glicose + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ ---> 2

moléculas de ácido pirúvico + 2 ATP + 2 NADH +

2 H+ + 2 H2O

Observar:

-a fosforilação de 2 moléculas de ADP;

-A redução de 2 moléculas de NAD+.



CICLO DE KREBS

Também chamado de ciclo do ácido cítrico, é um

conjunto de oito reações que ocorrem na matriz

mitocondrial.

O ácido pirúvico, formado no hialoplasma,

penetra na mitocôndria, perde CO2 e sob a ação

das descarboxilases (enzimas), converte-se em

Acetil CoA, que combina-se com o ácido

oxalacético (oxaloacetato), formando ácido

cítrico e iniciando o ciclo.



Este processo visa a produção de substratos que serão

desidrogenados e descarboxilados, através da degradação de

grupos acetil.

SUBSTRATOS

DESCARBOXILAÇÃO

DESIDROGENAÇÃO

CO2 PRINCIPAL METABÓLITO DO CICLO DE

KREBS

ATIVAÇÃO DA CADEIA

RESPIRATÓRIA



• É o conjunto de substâncias presentes nas cristas

da membrana interna da mitocôndria, onde

ocorrem reações de óxido redução, fornecendo a

energia necessária para a ressíntese do ATP,

ocorrendo também a formação de H2O.

• Composta por:

- Quatro complexos proteicos I a IV;

- duas moléculas conectoras móveis: coenzima Q

(ubiquinona) e o Citocromo C (Cyt c).

CADEIA RESPIRATÓRIA OU CADEIA DE TRANSPORTE DE

ELÉTRONS



Os átomos de hidrogênio retirados pelo NAD dos

esqueletos de carbono durante a GLICÓLISE e o ciclo de

KREBS são transportados por várias moléculas até o

oxigênio, formando H2O e ATP.

Transporta elétrons desde o NADH e o FADH2 até o O2 e

simultaneamente bombeia prótons H+ (nos complexos

protéicos I, III e IV) da matriz mitocondrial (lado

negativo, N) para o espaço intermembrana (lado

positivo, P).



FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA

É o processo metabólico de síntese de ATP a partir da

energia liberada pelo transporte de elétrons na cadeia

respiratória.

Este processo depende de dois fatores:

• da energia livre obtida do transporte de elétrons;

• de uma enzima transportadora denominada

ATPsintase ou ATPase.



A enzima ATP sintase ou ATPase está distribuída em duas frações funcionais:

FRAÇÃO FO

Atua como um canal de prótons através da membrana mitocondrial interna.

FRAÇÃO F1Ligada à membrana mitocondrial interna pela Fração FO, possui atividade de síntese de ATP. Quando dissociada da fração FO, possui apenas capacidade de hidrolisar ATP.



Após a ingestão dos alimentos, em um período posterior,

(estado alimentado), devido ao afluxo abundante de

nutrientes, há o predomínio dos processos anabólicos

sobre os catabólicos.

No organismo, havendo um ambiente hormonal em que

há predomínio das ações da insulina sobre as do

glucagon, o afluxo de glicose determina a captação de

glicose e sua fosforilação. A glicose-6-fosfato serve como

substrato para a síntese de glicogênio ou sofre glicólise,

cujo produto final, o piruvato, dá origem ao acetil-CoA,

que entra no ciclo de Krebs para a produção de ATP. Em

condições de anaerobiose, o piruvato produz lactato.

METABOLISMO INTERMEDIÁRIO



INSULINA PROMOÇÃO DO ANABOLISMO

•Glicogênese Muscular e Hepática;

•Diminuição da glicogenólise;

•Síntese de ácidos graxos e Lipogênese;

•Diminuição da cetogênese e da lipólise;

•captação muscular de aminoácidos e síntese

proteica;

• Diminuição do catabolismo protéico;

• Diminuição gliconeogênese.



FERMENTAÇÃO OU RESPIRAÇÃO ANAERÓBIA

A fermentação ou respiração anaeróbia e a

respiração aeróbia são duas vias possíveis de

degradação dos compostos orgânicos – vias

catabólicas – que permitem às células retirar energia

química desses compostos.



MICRORGANISMOS ANAERÓBIOS OBRIGATÓRIOS

X

ANAERÓBIOS FACULTATIVOS

X

AERÓBICOS (ESTRITOS OU OBRIGATÓRIOS)

Vários microrganismos, que vivem em meios onde o

oxigênio está quase ou completamente ausente, obtêm

energia por processos anaeróbios, sendo a fermentação

uma via catabólica que ocorre nestas condições.



A fermentação ocorre no hialoplasma das células

e compreende duas etapas:

GLICÓLISE= conjunto de reações que degradam

uma molécula de glicose em duas moléculas de

ácido pirúvico ou piruvato.

REDUÇÃO DO ÁCIDO PIRÚVICO OU PIRUVATO=

ganho de elétrons dos átomos de hidrogênio

formando o ácido láctico ou lactato.



A molécula de glicose é quimicamente inerte. Assim,

para que a sua degradação se inicie, é necessário que

esta seja ativada através da energia fornecida pelo

ATP.

Segue-se um conjunto de 10 reações enzimáticas que

levam à degradação da glicose até ácido pirúvico, com

formação de ATP e NADH.

GLICÓLISE: ETAPA COMUM À FERMENTAÇÃO E À

RESPIRAÇÃO AERÓBIA



FASE DE ATIVAÇÃO DA GLICOSE

• A glicose é fosforilada por 2 ATP, formando-

se frutose-difosfato;

• A frutose-difosfato se desdobra em duas

moléculas de aldeído fosfoglicérico (PGAL) ou

gliceroaldeído.



FASE DE RENDIMENTO

• O PGAL é oxidado, perdendo 2 hidrogênios (2e- +

2H+), os quais são utilizados para reduzir a molécula

de NAD+, formando-se NADH + H+;

• Formam-se 4 moléculas de ATP;

• Após estas reações, forma-se ácido pirúvico (ou

piruvato).



• 2 moléculas de NADH;

• 2 moléculas de ácido pirúvico;

• 2 moléculas de ATP (formam-se 4,

mas 2 são gastas na ativação da

glicose).

No final da glicólise, restam:



A redução do ácido pirúvico (piruvato), em condições

de anaerobiose, faz-se pela ação do NADH, formado

durante a glicólise, e pode conduzir à formação de

diferentes produtos. Assim, existem vários tipos de

fermentação, cujas designações indicam o produto

final: fermentação alcoólica (álcool etílico),

fermentação láctica (ácido láctico), fermentação

acética (ácido acético) e fermentação butírica (ácido

butírico).



FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA x FERMENTAÇÃO LÁCTICA

Produtos finais: diferem em função das reações que ocorrem a partir do ácido pirúvico.



FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA

DESCARBOXILAÇÃO OXIDATIVA DO ÁCIDO PIRÚVICO

CO2

ALDEÍDO ACÉTICO OU ACETOALDEÍDOREDUÇÃO

ETANOL (ÁLCOOL ETÍLICO)

Redução: ganho de átomos de hidrogênios que foram

transferidos do NADH, formado durante a glicólise, o qual fica

então na sua forma oxidada, o NAD+, podendo ser de novo

reduzido.



• O rendimento energético da fermentação alcoólica

é de 2 ATP formados durante a glicólise.

• Grande parte da energia da glicose permanece no

etanol, um composto orgânico altamente

energético (1g fornece em torno de 7 Kcal).



CONTRIBUIÇÃO NA INDÚSTRIA ALIMENTÍCIA

A levedura da espécie Saccharomyces cerevisiae é utilizada

na produção de vinho, de cerveja e de pão. Esta levedura

fermenta o carboidrato da massa produzindo gás carbônico

(CO2) e etanol (álcool).

•Fabricação do vinho e da cerveja: o álcool resultante da

fermentação.

•Fabricação do pão: dióxido de carbono. As bolhas deste gás

contribuem para o crescimento da massa, tornando o pão leve e

macio.



FERMENTAÇÃO LÁCTICA

REDUÇÃO DO ÁCIDO PIRÚVICO

ÁCIDO LÁCTICO

O rendimento energético na fermentação láctica é de

2 ATP sintetizados durante a glicólise.



CONTRIBUIÇÃO NA INDÚSTRIA ALIMENTÍCIA

Fabricação de iogurte: produto obtido pela fermentação

láctica através da ação das bactérias do gênero Lactobacillus e

da espécie Streptococcus thermophilus sobre a lactose do leite

integral ou desnatado.



EXERCÍCIO FÍSICO DE ALTA INTENSIDADE E CURTA

DURAÇÃO

As células musculares humanas, por não receberem oxigênio

em quantidade suficiente, podem realizar a fermentação

láctica, além da respiração aeróbia. Desta forma, conseguem

sintetizar uma quantidade suplementar de moléculas de ATP.

Acúmulo de ácido láctico nos músculos dores

musculares, cãibras, fadiga muscular!

Perigo: toxicidade!

IMPORTÂNCIA DO CICLO DE CORI (GLICONEOGÊNESE

HEPÁTICA)



•O ATP é produzido no hialoplasma de todas as células durante o

processo glicolítico, comum à fermentação e à respiração aeróbia.

•É também produzido ao nível mitocondrial, via aeróbia, em

reações do ciclo de Krebs, na matriz, e ainda devido ao transporte

de elétrons ao nível das cadeias respiratórias, situadas na

membrana interna.

•Os produtos finais da respiração, CO2 e H2O, são moléculas

simples com pouca energia potencial, ao contrário do etanol,

produto final da fermentação alcoólica, que é um composto de

elevada energia.

RENDIMENTO ENERGÉTICO DA FERMENTAÇÃO E DA RESPIRAÇÃO



Durante a fermentação sintetizam-se quatro moléculas

de ATP na fase glicolítica, mas, como são utilizadas duas

moléculas de ATP na ativação da glicose, o rendimento

é de duas moléculas de ATP.

Na respiração aeróbia, para além das duas moléculas de

ATP, como rendimento da glicólise, sintetizam-se mais

34 ou 36 moléculas, devido aos processos que ocorrem

após a formação do ácido pirúvico. Saldo Total: 36 ou 38

ATP



NADH FORMADO NA GLICÓLISE

O NADH, originado fora da mitocôndria, é incapaz

de atravessar a membrana mitocondrial,

transferindo os seus elétrons através da membrana.

O processo de transferência dos elétrons pode

variar, o que vai afetar a quantidade de moléculas

de ATP que se formam na cadeia transportadora.

Se formarem apenas dois ATP, o saldo final, visto

que são duas moléculas de NADH, será de 36 ATP.



Resumindo

• Etapas da respiração celular:

glicólise, ciclo de krebs, cadeia

respiratória e fosforilação

oxidativa;

• Respiração celular: aeróbia x

anaeróbia (fermentação);

• Fermentação alcóolica;

• Fermentação láctica.

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