Prof. Anderson Metabolismo Energético: Fermentação e Respiração.

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1 Prof. Anderson Metabolismo Energético: Fermentação e Respiração

2 Bioenergética Ramo da biologia que estuda os processos de absorção e liberação de energia pelos seres vivos.

3 Fotossíntese açúcares água

4 ATP – A Moeda Energética
Moléculas complexas e Calor e Calor Biomoléculas ADP + Pi ATP Moléculas simples Moléculas precursoras Reação endotérmica Reação exotérmica Reação exotérmica Reação endotérmica REAÇÕES ACOPLADAS

5 Reações de Oxidação e redução
O fluxo de elétrons nas reações de oxi-redução é o responsável por todo o trabalho realizado pelos organismos. NAD NADH+H+ FAD FADH2

6 NAD e FAD NAD: Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo
FAD: Flavina Adenina Dinucleotídeo Forma oxidada NAD NADH+H+ FAD FADH2 Forma reduzida

7 Transportadores de elétrons
Hidrossolúveis: NAD e FAD Lipossolúveis: Ubiquinona, Plastoquinona, Citocromos e Proteínas Fe-S

8 Glicólise É a oxidação da molécula de glicose que ocorre no citoplasma em dez reações enzimáticas, produzindo duas moléculas de ácido pirúvico, 2 NADH+H+ e 2 ATPs.

9 Glicólise 1. Duas moléculas de ATP são utilizadas para ativar uma
Glicose (6C) C6H12O6 1. Duas moléculas de ATP são utilizadas para ativar uma molécula de glicose e iniciar a reação. ADP ATP P ~ 6 C ~ P 2. A molécula de glicose ativada pelo ATP divide-se em duas moléculas de três carbonos. 3 C ~ P Pi NAD P ~ 3 C ~ P NADH 3. Incorporação de fosfato inorgânico e formação de NADH. P ~ 3 C ADP ATP 4. Duas moléculas de ATP são liberadas recuperando as duas utilizadas no início. ADP ATP 5. Liberação de duas moléculas de ATP e formação de piruvato. 3 C Piruvato

10 Principais enzimas dos sistemas produtores de energia
Quinase: ativa por fosforilação outra biomolécula. Isomerase: transforma uma molécula em seu isômero. Ex: glicose e frutose (C6H12O6). Desidrogenase: remove moléculas de hidrogênio. Descarboxilase: remove moléculas de CO2.

11 Glicólise ENZIMAS: Hexoquinase Glicose-6-fosfato isomerase
Fosfofrutoquinase Aldolase Isomerase Gleceraldeído-3-fosfato desidrigenase Fosfoglicerato quinase Fosfoglicerato mutase Enolase Piruvato quinase Glicólise

12 2 ATPs 2 NADH+H+ 2 H2O Saldo da Glicólise
Fermentação não é a mesma coisa que respiração anaeróbica, pois a primeira não apresenta cadeia respiratória e o aceptor final de elétrons é orgânico. Ex: Lactato, Etanol, Acetato. Na R. anaeróbica há cadeia respiratória e o aceptor final de elétrons é inorgânico. Ex: carbonato, nitrato, nitrito, sulfato. Tipos de anaeróbicos: Estritos: Realizam fermentação ou respiração anaeróbica. Ex: Apenas fermentação: Lactobacillus acidophilus e acebacter aceti. Apenas respiração anaeróbica: Clostridium tetani. Facultativos: Realizam tanto a fermentação quanto a respiração aeróbica. Ex: Saccaromyces cerevisiae. E. coli, Strptococcus.

13 Destino do Piruvato Destino do Piruvato Em Anaerobiose Em Aerobiose
Fermentação Lática Fermentação Alcoólica Acética Em Aerobiose Ciclo de Krebs/Cadeia Respiratória Fermentação não é a mesma coisa que respiração anaeróbica, pois a primeira não apresenta cadeia respiratória e o aceptor final de elétrons é orgânico. Ex: Lactato, Etanol, Acetato. Na R. anaeróbica há cadeia respiratória e o aceptor final de elétrons é inorgânico. Ex: carbonato, nitrato, nitrito, sulfato. Tipos de anaeróbicos: Estritos: Realizam fermentação ou respiração anaeróbica. Ex: Apenas fermentação: Lactobacillus acidophilus e acebacter aceti. Apenas respiração anaeróbica: Clostridium tetani. Facultativos: Realizam tanto a fermentação quanto a respiração aeróbica. Ex: Saccaromyces cerevisiae. E. coli, Strptococcus.

14 Fermentação É a degradação parcial de moléculas nutrientes (glicose), em anaerobiose, para produção de energia. A fermentação é o processo mais primitivo de obtenção de energia. Fermentação não é a mesma coisa que respiração anaeróbica, pois a primeira não apresenta cadeia respiratória e o aceptor final de elétrons é orgânico. Ex: Lactato, Etanol, Acetato. Na R. anaeróbica há cadeia respiratória e o aceptor final de elétrons é inorgânico. Ex: carbonato, nitrato, nitrito, sulfato. Tipos de anaeróbicos: Estritos: Realizam fermentação ou respiração anaeróbica. Ex: Apenas fermentação: Lactobacillus acidophilus e acebacter aceti. Apenas respiração anaeróbica: Clostridium tetani. Facultativos: Realizam tanto a fermentação quanto a respiração aeróbica. Ex: Saccaromyces cerevisiae. E. coli, Strptococcus.

15 RESPIRAÇÃO ANAERÓBICA
Fermentação ≠ Respiração Anaeróbica FERMENTAÇÃO RESPIRAÇÃO ANAERÓBICA Não há cadeia respiratória Há cadeia respiratória O aceptor final de elétrons é orgânico. Ex: Lactato, Etanol, Acetato etc. O aceptor final de elétrons é inorgânico. Ex: Carbonato, Nitrito, Sulfato etc. Fermentação não é a mesma coisa que respiração anaeróbica, pois a primeira não apresenta cadeia respiratória e o aceptor final de elétrons é orgânico. Ex: Lactato, Etanol, Acetato. Na R. anaeróbica há cadeia respiratória e o aceptor final de elétrons é inorgânico. Ex: carbonato, nitrato, nitrito, sulfato. Tipos de anaeróbicos: Estritos: Realizam fermentação ou respiração anaeróbica. Ex: Apenas fermentação: Lactobacillus acidophilus e acebacter aceti. Apenas respiração anaeróbica: Clostridium tetani. Facultativos: Realizam tanto a fermentação quanto a respiração aeróbica. Ex: Saccaromyces cerevisiae. E. coli, Strptococcus.

16 Tipos de Anaeróbicos ESTRITOS: realizam fermentação ou respiração anaeróbica. Ex: Lactobacilos e acetobactérias (apenas fermentação) e Clostridium tetani (apenas respiração anaeróbica); FACULTAIVOS: realizam tanto a fermentação quanto a respiração aeróbica. Ex: leveduras, E. coli e estreptococos. Fermentação não é a mesma coisa que respiração anaeróbica, pois a primeira não apresenta cadeia respiratória e o aceptor final de elétrons é orgânico. Ex: Lactato, Etanol, Acetato. Na R. anaeróbica há cadeia respiratória e o aceptor final de elétrons é inorgânico. Ex: carbonato, nitrato, nitrito, sulfato. Tipos de anaeróbicos: Estritos: Realizam fermentação ou respiração anaeróbica. Ex: Apenas fermentação: Lactobacillus acidophilus e acebacter aceti. Apenas respiração anaeróbica: Clostridium tetani. Facultativos: Realizam tanto a fermentação quanto a respiração aeróbica. Ex: Saccaromyces cerevisiae. E. coli, Strptococcus.

17 Fermentação Lática Ácido lático 3 C NADH2 NAD Glicólise ATP
Piruvato (3 C) Glicose (6 C) C6H12O6

18 Fermentação Lática

19 Ocorrência da Fermentação Lática
Ocorre em micro-organismos como os Lactobacillus acidophilus, Streptpcoccus sp. e células musculares em atividades intensas.

20 Fermentação Lática O excesso de ácido lático nos tecidos provoca dores musculares e câimbras.

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22 Nota: O ácido lático é reciclado no fígado, onde é convertido em glicose pelo Ciclo de Cori.

23 Foto: Vanderlei Cordeiro, maratonista.
Tipos de Fibras Musculares: Tipo I ou Fibras vermelhas: possuem maior potencial aeróbico. responsáveis pelo desempenho de atletas fundistas. Ex: maratonistas, ciclistas e nadadores de longa distância. Foto: Vanderlei Cordeiro, maratonista.

24 Foto: Usain Bolt, o homem mais rápido do mundo
Tipos de Fibras Musculares: Tipo II ou Fibras brancas: possuem maior potencial anaeróbico, sendo a verdadeira fibra rápida. É abundante nos atletas de explosão.  Foto: Usain Bolt, o homem mais rápido do mundo

25 Característica/Tipo de fibra
Tipos de Fibras Musculares: Característica/Tipo de fibra I IIA IIB Velocidade de contração Lenta Rápida Resistência a fadiga Alta Média Baixa Neurônio motor que ativa Pequeno Médio Grande Produção de força Respiração Aeróbica Aeróbica/ Anaeróbica Capilares Muitos Poucos

26 Aplicações da fermentação lática:
A fermentação láctea é utilizada na fabricação de produtos derivados do leite, como a coalhada, o leite fermentado, o iogurte e o queijo.

27 Aplicações da fermentação lática:
O azedamento do leite é utilizado também na produção de conservas, como picles, chucrutes e azeitonas.

28 Aplicações da fermentação lática:
O ácido lático produzido por bactérias da microbiota vaginal cria um pH que dificulta a instalação de bactérias patogênicas.

29 Fermentação Alcoólica
Glicólise ATP CO2 Álcool etílico 2 C NAD NADH2 Piruvato (3 C) Glicose (6 C) C6H12O6

30 Fermentação Alcoólica

31 Ocorrência da Fermentação Alcoólica
Ocorre em micro-organismos como o fungo Saccharomyces cerevisiae (levedura da cerveja).

32 Fabricação de biocombustíveis e bebidas alcoólicas.
Aplicações da fermentação alcoólica: Fabricação de biocombustíveis e bebidas alcoólicas.

33 Curiosidades: As leveduras são classificadas em superior (S. cerevisiae) e inferior (S. carlsbergensis). A inferior é a mais utilizada no Brasil, pois produz um menor teor alcoólico.

34 Aplicações da fermentação alcoólica:
O CO2 liberado no processo é o responsável pela espuma da champanha e pelo aumento das massas, como bolos, pizzas e pães.

35 Fermentação Acética CO2 Ácido acético 2 C NADH2 NAD NADH2 Glicólise
H2O ATP NADH2 Piruvato (3 C) Glicose (6C) C6H12O6

36 Fermentação Acética

37 Ocorre em micro-organismos como a acetobactéria Acetobacter aceti.
Ocorrência da Fermentação Acética Ocorre em micro-organismos como a acetobactéria Acetobacter aceti.

38 Aplicações da fermentação acética:
É utilizada para produção do vinagre (ácido acético) e deve ser evitada na fabricação dos vinhos através da pasteurização.

39 Respiração em célula eucariótica
CITOPLASMA MITOCÔNDRIA Ciclo de Krebs 4 CO2 2 ATP H2 Glicose (6 C) C6H12O6 2 CO2 Piruvato (3 C) GLICÓLISE Saldo de 2 ATP 6 H2O CADEIA RESPIRATÓRIA Saldo de 32 ou 34 ATPs 6 O2 FASE ANAERÓBIA FASE AERÓBIA

40 Acetilação O Complexo Piruvato Desidrogenase (CPD) oxida o piruvato em Acetil Coenzima A e CO2. A descarboxilação oxidativa ocorre na matriz mitocondrial.

41 Ciclo do Ácido Cítrico

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43 Espaço intermembranar
Fosforilação Oxidativa Espaço intermembranar Fumarato Succinato Matriz

44 Visão geral do processo respiratório em célula eucariótica
Citosol Glicose (6 C) C6H12O6 6 O2 1 NADH Piruvato (3 C) 1 ATP 32 ou 34 ATP 6 NADH 2 FADH 2 ATP 4 CO2 6 H2O 2 CO2 2 NADH 2 acetil-CoA (2 C) Crista mitocondrial Mitocôndria Total: NADH FADH2 Ciclo de Krebs

45 Saldo energético Etapa Salto em ATP Glicólise 7 ou 5 CPD 5
Ciclo de Krebs 20 Total 30 ou 32

46 No citoplasma a glicólise vai acontecer Pra mim tanto faz
Bahiana, UFBA ou UNEB No citoplasma a glicólise vai acontecer Pra mim tanto faz To estudando to aprendendo Produzindo piruvato, NADH e ATP E cada vez eu quero mais Cada vez eu quero mais CPD na mitocôndria vai desidrogenar (2x) Ciclo de Krebs oxida Acetil Coenzima A Um, dois, três, quatro São quatro processos pra energia estar no alto Na Cadeia Respiratória os elétrons vão correr Catalisa, catalisa, catalisa, catalisa Chegando no oxigênio e gerando mais ATP Enzima, enzima, enzima, enzima Gerando mais ATP

47 Referências e Sites AMABIS, JOSÉ MARIANO; MARTHO, GILBERTO RODRIGUES. – Biologia em Contexto. Vol. 1.Ed. Moderna. BIZZO, NÉLIO – Novas Bases da Biologia: Ensino Médio. São Paulo: Ática 2010. LOPES, SÔNIA. – editorasaraiva.com/biosonialopes NELSON, D. L.; COX, M. Lehninger – Princípios de Bioquímica. 3ed. São Paulo: Sarvier, 2002.

48 Sites e Imagens - Imagens de domínio público. Acesso em 18/01/2016. – Imagens de domínio público. Acesso em 18/01/2016. – domínio público. Acesso em 18/01/2016. WWW.