Metabolismo Energético BioApoio BioApoio - Grupos de estudos de biologia Metabolismo Energético Módulo 9 Módulo 9 (I) - Processos endergônicos: Fotossíntese Citologia III 1

Reações químicas, acoplamento de reações e ATP Reação química: R+R = P Reações químicas endergônicas Fotossíntese e quimiossíntese Reações químicas exergônicas (reagentes possuem mais energia que os produtos) Respiração e Fermentação

Combustão não biológica X respiração Energia (ATP) Energia (ATP) Energia (calor) Energia (ATP) Energia (ATP) Energia (ATP) Nível de energia Nível de energia Combustão não biológica Respiração

Acoplamento de reações: uma substância é encarregada de “dirigir” o aproveitamento de energia das reações exergônicas Adenosina trifosfato (ATP): por hidrólise libera energia movimento produção de calor macromoléculas outras funções

ATP: ligações de fosfato são altamente energéticas ATP - ADP - AMP ATP Pi + Energia AMP Pi + Energia Reações reversíveis.

Transportadores de hidrogênios: NAD+, NADP+ e FAD Reações de síntese e degradação de moléculas orgânicas liberam elétrons e átomos de hidrogênio energizados Desidrogenases Reações de óxido-redução Reagente que perde e-: oxidado Regente que recebe e-: reduzido Captadores de e- NAD+, NADP+ e FAD (formas oxidadas) Nicotinamida-Adeninda-Dinucleotídeo Flavina-Adenina-Dinucleotídeo NAD+ NADH NADP+ NADPH FAD FADH2

NAD e NADP: coenzimas das desidrogenases NAD+ e FAD : processos CATABÓLICOS (quebra de moléculas - fermentação e respiração) NADP+ : processos ANABÓLICOS (síntese de moléculas – fotossíntese e quimiossíntese) NAD e NADP: coenzimas das desidrogenases

FOTOSSÍNTESE Energia contida nos fótons é captada por pigmentos ou sistemas de pigmentos; Os pigmentos tem, então, seus elétrons excitados (nível mais alto de energia). Dissipada como calor; Emitida na forma de radiação; Convertida em energia química

Membranas dos tilacóides contém complexos de pigmentos: Fotossistema I / Complexo PS I / P 700 Fotossistema II / Complexo PS II / P 680 Acompanhe os eventos que ocorrem em ambos sistemas:

Fotossistema I HOH Luz Clorofila a HOH Clorofila a

Elétrons excitados/ ativados HOH e- e- HOH e- Elétrons excitados/ ativados Fotólise da água - - - - e- + e- e- + + e- O2 +

(prótons da fotólise da água) Ferridoxina e- + + + + e- Ferridoxina (prótons da fotólise da água) e- e- + NADP + e- + e- NADP + e- = NADP H2 = 2 NADP H2 NADP H2

Elétrons provenientes da fotólise da água no fotossistema I Uma vez de posse de dois elétrons, se o NADP receber mais dois prótons, isso equivalerá a ele ter recebido dois átomos de hidrogênio completos. Fotossistema II: clorofila b - - - Clorofila b - Elétrons provenientes da fotólise da água no fotossistema I

Fotossistema II Luz Clorofila b e- e- Plastoquinona e- e- e- aceptor ATP estado fundamental aceptor e- Clorofila a (F. I)

FOTOSSISTEMA I= NADPH2 FOTOSSISTEMA II= ATP Da plastoquinona, os elétrons vão sendo transferidos para uma série de aceptores cujo nível energético é cada vez menor. Com isso, a energia contida nos elétrons vai sendo liberada e armazenada nas ligações químicas do ATP. (para a formação do ATP são necessárias moléculas de ADP e fosfato: FOTOFOSFORILAÇÃO) Elétrons recebidos pela clorofila b (fotólise da água) = fotofosforilação acíclica. FOTOSSISTEMA I= NADPH2 FOTOSSISTEMA II= ATP

FOTOFOSFORILAÇÃO CÍCLICA! Apenas no fotossistema I (ao mesmo tempo da fotofosforilação acíclica): Cadeia de transportadores: citocromos FOTOFOSFORILAÇÃO CÍCLICA! Luz e- Clorofila a e- Ferridoxina e- citocromo ATP estado fundamental e- citocromo Clorofila a

Etapa fotoquímica (1ª): totalmente dependente de luz: fotofosforilação cíclica e acíclica. Energia luminosa é primeiramente convertida em energia elétrica (fluxo de e- entre aceptores) e, posteriormente, em energia química, armazenada nas ligações do NADPH2 e do ATP. Essa energia pode ser utilizada para síntese de substâncias carbonadas (fixação do carbono): CICLO DE CALVIN.

Fase escura: Ciclo de Calvin. Não depende de luz Necessário que haja NADPH2 e ATP Estroma do cloroplasto ribulose- 1,5 – difosfato (RuDP)

carboxilação redução Ganho líquido! (gliceraldeído- fosfato)

O número de moléculas de RuDP não se alterou 6RuDP +6CO2 + 18 ATP+ 12NADPH2 6 RuDP+ C6H12O6 +18 Pi+ 18 ADP +18 NADP O número de moléculas de RuDP não se alterou O número de moléculas de CO2 é o mesmo que o de átomos de carbono da glicose O número de ATP, Pi e ADP é o mesmo O número de NADPH2 é o mesmo que o de NADP e o de hidrogênios da glicose. Simplificando a fotossíntese... 6CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6O2 + 6H2O Durante muito tempo pensou-se que o oxigênio liberado pela fotossíntese fosse proveniente do gás carbônico.

Algumas bacterioclorofilas são fotossintetizantes Quimiossíntese Energia para produzir seus compostos orgânicos vem de compostos químicos Energia liberada de outras reações (oxidação) 2H2S + O2 2H2O+2S + Energia Bactérias Não envolve plastos ou pigmentos Algumas bacterioclorofilas são fotossintetizantes

RESPIRAÇÃO CELULAR AERÓBICA Energia é armazenada nas ligações dos átomos das moléculas de glicídio (glicose); Respiração = rompimento das ligações para utilização desta energia armazenada = síntese de ATP; 1º: conversão de oligo e polissacarídeos da dieta em glicose (ex. sacarose, amido, glicogênio, etc.); 2º: Glicólise 3º: Ciclo de Krebs 4º: Cadeia Respiratória RESPIRAÇÃO CELULAR AERÓBICA

Parte da glicose entra no processo de respiração celular e parte fica armazenada nas células sob forma de polissacarídeos, como é o caso do glicogênio, armazenado principalmente em células hepáticas e musculares.

Glicólise Ocorre no hialoplasma; Produção de dois ácidos pirúvicos. Ativação: adição de fosfato Glicólise Alteração na disposição molecular Até aqui: investimento energético de 2 ATP Clivagem (fragmentação)! Oxidação do gliceraldeído! Incorporação de Pi! Liberação ATP! Ocorre no hialoplasma; Produção de dois ácidos pirúvicos. http://www.youtube.com/watch?v=LJsiLRqYR3A&feature=related

Ciclo de Krebs!! Balanço: Reagentes: Produtos: Glicose 2 ATP 4 ADP (glicólise no citoplasma) Balanço: Reagentes: Glicose 2 ATP 4 ADP 2 NAD Produtos: 2 ácidos pirúvicos 2 ADP 4 ATP 2 NADH2 Ciclo de Krebs!! (na mitocôndria)

Ciclo de Krebs

(Ponto de compensação fótico) Como cada molécula de glicose é convertida em duas de piruvato, o ganho é: 6 NADH2 2 FADH2 2 ATP 4 CO2 (Ponto de compensação fótico)

Cadeia Respiratória/ Fosforilação oxidativa Oxidação do NADH2 e do FADH2 Cristas mitocondriais Oxigênio= aceptor final dos elétrons RESPIRAÇÃO AERÓBIA

BioApoio - Grupos de estudos de biologia NADH2= três ATP FADH2= dois ATP (FAD ocupa um nível energético ligeiramente inferior) Produtos da glicólise 2 NADH2 x 3 ATP = 6 ATP + 2 ATP = 8 ATP 2 ácido pirúvicos acetil CoA   2NADH2 X 3 ATP = 6ATP Produtos do ciclo de Krebs (para duas moléculas de piruvato, em verde) : 6 NADH2 X 3 ATP = 18 ATP 2 FADH2 X 2 ATP = 4 ATP = 24 ATP Total = 38 ATP Rendimento líquido final: Módulo 9 / II - Respiração celular Citologia III 32 32

Proteínas ingeridas podem ser convertidas em aa e ag Aminoácidos e ácidos graxos são degradados à acetil CoA (ou outro intermediário do CK) por outras vias que não a glicólise. Portanto, o ciclo de krebs é considerado uma ENCRUZILHADA METABÓLICA. Proteínas ingeridas podem ser convertidas em aa e ag Carboidratos podem ser convertidos em ag Ag não pode ser transformado em nenhum outro nutriente Carboidratos não podem dar origem a proteínas Importância da proteína na alimentação: não é armazenada como substância de reserva Precisa ser ingerida para síntese protéica

Em alguns casos, a célula não degrada totalmente a glicose Insuficiência de enzimas Fornecimento escasso ou inexistente de oxigênio Solução: obter energia por degradação parcial da glicose: respiração anaeróbia ou fermentação Não se usa oxigênio como aceptor final de hidrogênios.

Fermentação: não ultrapassa os limites da glicólise. Glicose degradada apenas até ácido pirúvico, que é convertido em outro composto (varia com a célula) Fermentação alcoólica: ácido etílico e gás carbônico (vinho e pão – degradação por leveduras)

álcool+ O2 ---> CH3 - COOH + H2O Fermentação lática: ácido lático Iogurtes, queijos, coalhadas Rendimento energético líquido: 2 ATP para cada molécula de glicose. Fermentação acética: oxidação do álcool em ácido acético (ação bacteriana) “mãe do vinagre” álcool+ O2 ---> CH3 - COOH + H2O Vinhos e vinagres Cirrose hepática