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FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR.

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1 FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR

2 FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA Conteúdo Programático desta aula Etapas da respiração celular: glicólise, ciclo de Krebs, cadeia respiratória e fosforilação oxidativa; Respiração celular: aeróbia X anaeróbia (fermentação).

3 AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 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

4 AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA ETAPAS DA RESPIRAÇÃO CELULAR

5 AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 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.

6 AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA FUNÇÕES DA GLICÓLISE Preparar a glicose para ser degradada em CO 2 e H 2 O; Sintetizar ATP com ou sem oxigênio; Utilização de intermediários em processos biossintéticos.

7 AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA FÓRMULA DA GLICÓLISE Glicose + 2 ADP + 2 P i + 2 NAD + ---> 2 moléculas de ácido pirúvico + 2 ATP + 2 NADH + 2 H H 2 O Observar: -a fosforilação de 2 moléculas de ADP; -A redução de 2 moléculas de NAD +.

8 AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 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 CO 2 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.

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10 AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA

11 AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA Este processo visa a produção de substratos que serão desidrogenados e descarboxilados, através da degradação de grupos acetil. SUBSTRATOS DESCARBOXILAÇÃO DESIDROGENAÇÃO CO 2 PRINCIPAL METABÓLITO DO CICLO DE KREBS ATIVAÇÃO DA CADEIA RESPIRATÓRIA

12 AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 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 H 2 O. 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

13 AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 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 H 2 O e ATP. Transporta elétrons desde o NADH e o FADH 2 até o O 2 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).

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15 AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 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.

16 AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 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 F1 Ligada à membrana mitocondrial interna pela Fração FO, possui atividade de síntese de ATP. Quando dissociada da fração FO, possui apenas capacidade de hidrolisar ATP.

17 AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 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

18 AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 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.

19 AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA

20 AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 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.

21 AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 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.

22 AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA

23 AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 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.

24 AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 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

25 AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 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.

26 AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 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).

27 AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 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:

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29 AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 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).

30 AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA x FERMENTAÇÃO LÁCTICA Produtos finais: diferem em função das reações que ocorrem a partir do ácido pirúvico.

31 AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA DESCARBOXILAÇÃO OXIDATIVA DO ÁCIDO PIRÚVICO CO 2 ALDEÍDO ACÉTICO OU ACETOALDEÍDO REDUÇÃO 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.

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33 AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 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).

34 AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 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 (CO 2 ) 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.

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37 AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA FERMENTAÇÃO LÁCTICA REDUÇÃO DO ÁCIDO PIRÚVICO ÁCIDO LÁCTICO O rendimento energético na fermentação láctica é de 2 ATP sintetizados durante a glicólise.

38 AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 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.

39 AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 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)

40 AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 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, CO 2 e H 2 O, 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

41 AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 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

42 AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 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.

43 AULA 4: RESPIRAÇÃO CELULAR FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA 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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