Prof. Anderson Metabolismo Energético: Fermentação e Respiração

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

Fotossíntese açúcares água

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

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

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

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

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.

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

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.

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

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.

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.

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.

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.

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.

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

Fermentação Lática

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

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

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

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.

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

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

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.

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

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

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

Fermentação Alcoólica

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

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

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.

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.

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

Fermentação Acética

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

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

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

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

Ciclo do Ácido Cítrico

Espaço intermembranar Fosforilação Oxidativa Espaço intermembranar Fumarato Succinato Matriz

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: 10 NADH 2 FADH2 Ciclo de Krebs

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

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  

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.

Sites e Imagens https://pixabay.com/pt/ - Imagens de domínio público. Acesso em 18/01/2016. https://www.google.com/imghp?gws_rd=ssl – Imagens de domínio público. Acesso em 18/01/2016. https://pt.wikipedia.org – domínio público. Acesso em 18/01/2016. http://www.netxplica.com/figuras_netxplica/exanac/pelosradiculares.jpg http://w3.marietta.edu/~spilatrs/biol103/photolab/stomata.gif www.editorasaraiva.com.br/biosonialopes https://theuniversalmatrix.com WWW. http://quest.eb.com