RESPIRAÇÃO CELULAR.

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1 RESPIRAÇÃO CELULAR

2 METABOLISMO: transformações químicas a nível celular
BIOSSÍNTESE CONSTRUÇÃO CONSUMO DE ATP DEGRADAÇÃO PRODUÇÃO DE ATP METABOLISMO: transformações químicas a nível celular

3 Metabolismo em geral

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5 RESPIRAÇÃO CELULAR Processo de conversão das ligações químicas de moléculas ricas em energia que poderão ser usadas nos processos vitais. Pode ser   respiração anaeróbica respiração aeróbica  É o processo de obtenção de energia mais utilizado pelos seres vivos.

6 ETAPAS DA RESPIRAÇÃO CELULAR
I- GLICÓLISE – Quebra da glicose II- CICLO DE KREBS - Conjunto de reações que formam CO2 - H2O - NADH2 - FADH2 III- CADEIA RESPIRATÓRIA – Produção de moléculas de ATP

7 LOCAIS DA RESPIRAÇÃO CELULAR
Membrana externa LOCAIS DA RESPIRAÇÃO CELULAR 1a. GLICÓLISE HIALOPLASMA 3a. CADEIA RESPIRATÓRIA M I T O C Ô N D R I A S 2a. CICLO DE KREBS

8 GLICÓLISE/ VIA GLICOLÍTICA
GLICOSE

9 GLICÓLISE/ VIA GLICOLÍTICA
Nos organismos aeróbios constitui o segmento inicial da degradação da glicose, sendo essencialmente prosseguida pelo processo a que, globalmente se atribui a designação de respiração celular. Nos organismos anaeróbios (e mesmo nos aeróbios, em certas circunstâncias), pelo contrário, a glicólise é prosseguida por um outro processo designado por fermentação.

10 Quando esse processo não envolve consumo de oxigênio
Quando esse processo não envolve consumo de oxigênio molecular e por isso é chamado de fermentação anaeróbica. A fermentação é um processo de transformação de uma substância em outra, produzida a partir de microorganismos, tais como fungos, bactérias, ou até o próprio corpo, chamados nestes casos de fermentos. Exemplo de fermentação: - açúcares das plantas em álcool, - processo de fabricação da cerveja (álcool etílico e CO2) produzidos a partir do consumo de açúcares presentes no malte - obtido através da cevada germinada.

11 Processo usado no preparo da massa do pão/ bolo:
fermentos das leveduras/ fungos - consomem o açúcar (amido) da massa do pão, liberando CO2 , que aumenta o volume da massa. Exemplos: 1. Iogurte (fermentação láctica): lactobacilos, produzem ácido lático; 2. Pão e cerveja (fermentação alcoólica): fungos (anaeróbicos facultativos), que produzem no final álcool; 3. Vinagre (fermentação acética): consiste numa reação química, onde ocorre a oxidação parcial do álcool etílico, obtendo o ácido acético. Outro exemplo: nos músculos, a quando da atividade fisica intensa e na ausência de oxigênio, com a formação de lactato (ácido láctico).

12 Visão Geral Ω Catabólicas: de degradação Ω Anabólicas: de síntese
Nas células as reações metabólicas raramente ocorrem de forma isolada; em geral, são organizadas em sequências de múltiplos passos, denominadas vias, tais com o glicólise; As vias, em sua maior parte, podem ser classificadas como: Ω Catabólicas: de degradação Ω Anabólicas: de síntese

13 Nutrientes contendo energia:
Carboidratos Gorduras Proteínas Moléculas complexas: Proteínas Polissacarídeos Lipídeos Ácidos nucléicos A N B O L I S M C A T B O L I S M Energia química ATP NADH ENDERGÔNICAS EXERGÔNICAS Moléculas precursoras: Aminoácidos Oses Ácidos graxos Bases nitrogenadas Produtos finais pobres em energia: CO2 H2O NH3

14 Glicose - proveniente da dieta ou produção endógena é
Glicose - proveniente da dieta ou produção endógena é degradada pelo organismo com o principal propósito de liberar energia. Glicólise anaeróbica: degradação da glicose sem a necessidade de O2, produto final ácido lático. Utilizada quando exercícios rigorosos são realizados. Glicólise aeróbica: é a degradação da glicose na presença de O2, produto final o piruvato que é transportado para dentro da mitocôndria para completar sua oxidação até CO2 e H2, ativando o ciclo de krebs e a cadeia respiratória.

15 GLICÓLISE É a seqüência metabólica de várias reações enzimáticas,
na qual a glicose é oxidada produzindo: 2 moléculas de Ácido Pirúvico 2 moléculas de ATP 2 equivalentes reduzidos de NAD+, que serão introduzidos na cadeia respiratória ou na fermentação. glicose + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi 2 NADH + 2 ácido pirúvico + 2 ATP + 2 H2O

16 Funções da Via Glicolítica
- Transformar glicose em piruvato. - Sintetizar ATP com ou sem oxigênio. - Preparar a glicose para ser degradada totalmente em CO2 e H2O. - Permitir a degradação parcial da glicose em anaerobiose. - Alguns intermediários são utilizados em diversos processos biossintéticos.

17 GLICÓLISE OU VIA GLICOLÍTICA
É a sequência metabólica contendo 10 dez reações catalisadas por enzimas livres no citosol. Principal rota para geração de ATP nas células e está presente em todos os tipos de tecidos. A glicose é o principal carboidrato em nossa dieta e é o açúcar que circula no sangue para assegurar que todas as células tenham suporte energético contínuo. A sua finalização é a oxidação de glicose a piruvato.

18 VIA DE SINALIZAÇÃO DA GLICOSE IRS1 – PI3K – AKT - GLUT 4

19 GLICÓLISE OU VIA GLICOLÍTICA
FASES DE PREPARAÇÃO GLICOLÍTICA 1. FASE PREPARATÓRIA Preparação, regulação e gasto de energia 2. FASE DE PAGAMENTO Produção de ATP e oxidação

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21 Sequência da Glicólise
Fase 1: preparação, regulação e gasto de energia: A célula gasta 2 moléculas de ATP e Mg2+ Processa-se em cinco reações bioquímicas. Nenhuma energia é armazenada, pelo contrário, duas moléculas de ATP são investidas nas reações de fosforilação. Fosforilação é a adição de um grupo fosfato (PO4) a uma proteína/ molécula. A fosforilação é um dos principais participantes nos mecanismos de regulação das proteínas. É importante nos mecanismos de reações da qual participa o ATP. A energia obtida na respiração ou na fotossíntese é utilizada para adicionar o grupo fosfato ao ADP ATP. Esta molécula armazena essa energia, que fica a disposição da célula.

22 Sequência da Glicólise
Glicose Reação 1: a glicose que entra nos tecidos é fosforilada com o gasto energético de uma molécula de ATP, dando origem a glicose-6-fosfato e ADP. Enzima: Hexoquinase. Reação irreversível e um dos três passos que regulam a glicólise. A fosforilação da glicose na primeira reação impede que esta saia da célula novamente. Ao adicionar um grupo fosfato à glicose, ela torna-se um molécula carregada negativamente e é impossível atravessar passivamente a membrana celular. Ao manter a glicose aprisionada dentro da célula a glicólise é garantida.

23 Hexoquinase é a enzima que catalisa a conversão de
ATP e uma D-hexose a ADP e uma D-hexose-6-fosfato. A hexoquinase é uma enzima reguladora. A hexoquinase muscular é inibida alostericamente pelo seu produto, a glicose-6-fosfato. Sempre que a concentração de glicose-6-fosfato no interior da célula aumenta acima do seu nível normal, a hexoquinase é inibida de forma temporária e reversível, colocando a velocidade de formação da glicose-6-fosfato em equilíbrio com a sua velocidade de utilização e restabelecendo o estado de equilíbrio estacionário.

24 Hexoquinase

25 Glicose 6P Reação 2: - catálise: enzima fosfoglucose isomerase/ fosfohexose isomerase. Glicose-6-fosfato é convertida num processo de isomerização em frutose-6-fosfato, para que, assim, se possua um sítio de entrada para a frutose da dieta na glicólise. Esta reação irá também preparar o Carbono 3 (C3) para a clivagem catalizada pela enzima Aldolase na reação 4. Isomerase

26 Reação 3: a célula investe outra molécula de ATP para
Reação 3: a célula investe outra molécula de ATP para fosforilar a frutose-6-fosfato e convertê-la em frutose-1,6- bisfosfato. É também uma reação irreversível e de controle desta via metabólica, catalisada pela enzima fosfofrutoquinase. Esta etapa ocorre para deixar a molécula simétrica para a reação de clivagem na etapa seguinte. fosfofrutoquinase

27 Frutose 1,6 bisfosfato Reação 4: a frutose -1,6 - bisfosfato é clivada em duas trioses: gliceraldeído-3-fosfato e dihidroxiacetona fosfato. Enzima: aldolase. Linha de fratura Frutose 1-6-difosfato Dihidroxiacetona-fosfato Gliceraldeído-3-fosfato 4% 96% Aldolase Isomerase Linha de fratura 89% 11%

28 Ácido 1,3 difosfoglicérico
Dihidroxicetona fosfato Reação 5: O gliceraldeído-3-fosfato e a dihidroxiacetona fosfato são isômeros (enzima triosefosfato isomerase). Ocorre então a conversão da dihidroxicetona P em gliceraldeído 3P, a única triose que pode continuar sendo oxidada. Única oxidação durante a glicólise. Gliceraldeido-3-fosfato Ácido 1,3 difosfoglicérico Desidrogenase

29 Portanto, por cada uma das molécula de glicose que “entra” no processo de glicólise, ocorrerá a oxidação de duas moléculas de fosfogliceraldeído em ácido difosfoglicérido.

30 Nesta etapa, a energia libertada pela hidrólise é transferida
Nesta etapa, a energia libertada pela hidrólise é transferida para a síntese de ATP a partir de ADP e de fosfato inorgânico. Ácido 1,3 difosfoglicérico Ácido 3 fosfoglicérico

31 1. FASE PREPARATÓRIA Preparação, regulação e gasto de energia hexoquinase  fosfoexose-isomerase fosfofrutoquinase  aldolase  triosefosfato isomerase

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33 Fase 2: Produção de ATP e oxidação
Nessa etapa, ocorre adição de NAD e Pi (fosfato inorgânico). A partir dessa etapa teremos 2 gliceraldeídos 3P. Gliceraldeído 3P Reação 6: cada gliceraldeído-3-fosfato é oxidado pelo NAD+ (NAD+ NADH) e fosforilado por um fosfato inorgânico, dando origem a 1,3-Bifosfoglicerato (1,3 BPG). Esta reação é catalisada pela enzima gliceraldeido-3- fosfato desidrogenase.

34 Reação 7: catalisada pela enzima 1,3 BiP glicerato cinase.
1,3 bifosfoglicerato Reação 7: catalisada pela enzima 1,3 BiP glicerato cinase. A 1,3 BPG transfere um grupo fosfato para uma molécula de ADP dando origem a uma molécula de ATP e a 3- fosfoglicerato. Primeira etapa que sintetiza ATP diretamente na via. 3 fosfoglicerato Reação 8: a enzima fosfoglicerato mutase muda a posição do grupo fostato, dando origem a 2-fosfoglicerato (grupo fosfato ligado ao carbono 2). Mutase

35 Reação 9: é uma reação de desidratação catalizada pela enzima enolase.
2-Fosfoglicerato Reação 9: é uma reação de desidratação catalizada pela enzima enolase. O 2-fosfoglicerato é desidratado formando fosfoenolpiruvato (PEP), um composto altamente energético. Mutase Enolase Enolae Ác. 3-fosfoglicérico Ác. 2-fosfoglicérico Ác. fosfoenolpirúvico

36 Fosfoenolpiruvato Reação 10: enzima piruvato cinase transfere do grupo fosfato do fosfoenolpiruvato para uma molécula de ADP, formando- se então uma molécula de ATP e piruvato. Por cada molécula de gliceraldeído-3-fosfato produz-se duas moléculas de ATP, na glicólise são produzidos ao todo: 4 ATPs e gastos 2. O saldo energético é de 2 moléculas de ATP e 2 NADH por molécula de glicose. Mutase Enolase Quinase Ác. 3-fosfoglicérico Ác. 2-fosfoglicérico Ác. fosfoenolpirúvico Ác. pirúvico

37 2. FASE DE PAGAMENTO Produção de ATP e oxidação  Gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase Fosfoglicerocinase Fosfogliceromutase  enolase  piruvato quinase

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39 GLICÓLISE C6H12 O6 LEMBRETE
Na glicólise entra uma molécula de GLICOSE com 6 carbonos e sai 2 moléculas de piruvato de 3 carbonos

40 IMPORTANTE ÁCIDO PIRÚVICO
PRIMEIRA ETAPA - GLICÓLISE Quebra da molécula glicose IMPORTANTE GLICOSE AC.PIRUVICO NAD/FAD - Moléculas Carregadora de H Cada molécula carrega 2 átomos de H+ MITOCÔNDRIAS CICLO KREBS – CADEIA RESPIRATÓRIA PRODUTOS DA GLICÓLISE HIALOPLASMA GLICÓLISE C 6H12O6 4H+ - 2NAD + 2H2 = 2NADH2 - SALDO DE 2 ATP NA REAÇÃO (2) C3H4O3 ÁCIDO PIRÚVICO -FORAM PRODUZIDOS AC. PIRÚVICOS Glicose + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi  > 2 NADH + 2 piruvato + 2 ATP + 2 H2O

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42 GLICÓLISE III– ESTÁGIO Oxidação: Geração de energia I – ESTÁGIO
Preparação da glicose Investimento de energia para ser recuperada mais tarde I I– ESTÁGIO Quebra e rearranjo da molécula de glicose em duas moléculas de 3 carbonos III– ESTÁGIO Oxidação: Geração de energia

43 REGULAÇÃO DA GLICÓLISE Formar ATP / precursores para síntese
Fosfofrutoquinase - Principal enzima no controle da via glicolítica, altos níveis de ATP e citrato exercem inibição. Outro agente a inibi-la é o pH (fermentação láctica). É estimulada por frutose-6-fosfato, AMP e ADP (Adenilotocinase – mecanismo rápido de reparação de ATP – ADP+ADP=ATP+AMP). Hexoquinase - Inibida pelo próprio produto Glicose-6-fosfato (glicocinase-fígado). Piruvatoquinase - Controla o final da via que gera ATP e piruvato. O ATP e o acetil-CoA a inibe (acúmulo de alanina).

44 Carboxilação do piruvato a oxalacetato
PIRUVATO ( 2 MOLÉCULAS) Carboxilação do piruvato a oxalacetato (gliconeogênese) Metabolismo Anaeróbico: cristalino, córnea do olho, medula renal, testículos, leucócitos, hemácias. Metabolismo Aeróbico Ocorre na mitocôndria Piruvato ↓↑ Lactato Piruvato ↓ Etanol, CO2 Acetil-CoA *Hemácias *Músculos em exercício ↓pH, cãibras Excedente de lactato→ fígado para produzir glicose. *Tecidos anóxicos IAM/embolia pulmonar/hemorragia *Fungos *Algumas bactérias (flora intestinal) ATP CO2 CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO matriz mitocondrial

45 CICLO DE KREBS

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49 NAD+ NADH Piruvato + CoA piruvato desidrogenase acetil-CoA +CO2
CH3 C=O O- Piruvato + CoA piruvato desidrogenase acetil-CoA +CO2 NAD NADH Acetil-CoA

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53 Ciclo de Krebs 6 NADH2 2 FADH2 2 ATP
PRODUTOS FORMADOS NO CICLO DE KREBS POR CADA ÁCIDO PIRÚVICO 3 NADH2 1 FADH2 1 ATP COMO SÃO 2 MOLÉCULAS DE ÁCIDO PIRÚVICO, O RESULTADO FINAL É: 6 NADH2 2 FADH2 2 ATP

54 Isocitrato-desidrogenase Citrato-sintase
Aconitase Isocitrato-desidrogenase Citrato-sintase Complexo da desidrogenase L-malato-desidrogenase Fumarase Tioquinase-succínica Succionato-desidrogenase

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57 LEMBRETE Alguns autores estabelecem que existe uma etapa entre o citrato e o isocitrato. Nesta etapa incluem a presença do aconitrato (isômero do isocitrato).

58 CADEIA RESPIRATÓRIA

59 ETAPAS DA RESPIRAÇÃO CELULAR
I- GLICÓLISE – Quebra da glicose II- CICLO DE KREBS - Conjunto de reações que formam CO2 - H2O - NADH2 - FADH2 III- CADEIA RESPIRATÓRIA – Produção de moléculas de ATP

60 IMPORTANTE ÁCIDO PIRÚVICO
PRIMEIRA ETAPA - GLICÓLISE Quebra da molécula glicose IMPORTANTE GLICOSE AC.PIRUVICO NAD/FAD - Moléculas Carregadora de H Cada molécula carrega 2 átomos de H+ MITOCÔNDRIAS CICLO KREBS – CADEIA RESPIRATÓRIA PRODUTOS DA GLICÓLISE HIALOPLASMA GLICÓLISE C 6H12O6 4H+ - 2NAD + 2H2 = 2NADH2 - SALDO DE 2 ATP NA REAÇÃO (2) C3H4O3 ÁCIDO PIRÚVICO -FORAM PRODUZIDOS 2AC.PIRÚVICOS

61 Ciclo de Krebs 6 NADH2 2 FADH2 2 ATP
PRODUTOS FORMADOS NO CICLO DE KREBS POR CADA ÁCIDO PIRÚVICO 3 NADH2 1 FADH2 1 ATP COMO SÃO 2 MOLÉCULAS DE ÁCIDO PIRÚVICO, O RESULTADO FINAL É: 6 NADH2 2 FADH2 2 ATP

62 Cadeia Respiratória É uma sequência de reações através das quais os átomos de hidrogênio originados do ciclo de Krebs são transportados e doados ao oxigênio. Como esse processo é realizado de forma gradativa, a energia liberada pode ser utilizada para que a célula produza ATP.

63 Produção de energia A cadeia respiratória pode ser chamada de cadeia transportadora de elétrons; A formação de ATP é conhecida como fosforilação oxidativa; A quantidade de energia liberada nesse processo é suficiente para formar 36 moléculas de ATPs.

64 +

65 O2 + 4H+ + 4e-  2H2O Cadeia respiratória H+ NADH NAD ½ O2 H2O
Complexo Enzimático I Cit c Complexo Enzimático II Complexo Enzimático III Q H+ NADH NAD ½ O2 H2O Elétrons altamente energéticos H+ O2 + 4H+ + 4e-  2H2O Cadeia transportadora De elétrons

66 Cadeia respiratória

67 RESULTADO FINAL DA RESPIRAÇÃO CELULAR A PARTIR DE UMA GLICOSE
CADEIA RESPIRATÓRIA OU CADEIA DE ELÉTRONS ORIGINA 2ATP FADH2 PROTEÍNAS TRANSPORTADORAS DE ELÉTRONS NADH2 ORIGINA 3ATP MEMBRANA DAS CRISTAS MITOCONDRIAIS - GLICÓLISE – 2 ATP+ 2 NADH2 (2 + 2X3=8ATP RESULTADO FINAL DA RESPIRAÇÃO CELULAR A PARTIR DE UMA GLICOSE OBS - NA MITOCÔNDRIA SÃO 2 AC. PIRÚVICOS (2X3) = 6 ATP - CoA –1NADH2 CICLO KREBS –1ATP+3NADH2 (2X3X3+2)=20ATP 1FADH2 (2X2) = 4 ATP - AO FINAL DA CADEIA = 38 ATP’S atualmente 32 ATPS (2,5+1,5)

68 BALANÇO ENERGÉTICO Acetil-CoA CICLO DE KREBS Ácido pirúvico CITOPLASMA
GLICÓLISE MITOCÔNDRIA CICLO DE KREBS 2 NADH 2 NADH 2 ATP 2 ATP 6 NADH 2 FADH CADEIA RESPIRATÓRIA 2 ATP ATP ATP ATP ATP ATP 38/32 ATP

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71 Destinos do piruvato O piruvato, em condições aeróbicas é oxidado a acetato, o qual entra no ciclo de Krebs e é oxidado até CO2 e H2O. Entretanto, sob condições anaeróbicas (como em músculos esqueléticos muito ativos, em plantas submersas ou em algumas bactérias) ocorre a fermentação formando produtos como o lactato e o etanol.

72 Destinos do piruvato Glicólise anaeróbica: É a degradação da glicose sem a necessidade de O2, tendo como produto final o acido lático, esta via é muito mais rápida que a glicolise aeróbica sendo utilizada quando exercícios rigorosos são realizados. Glicólise aeróbica: É a degradação da glicose na presença de O2, tendo como produto final o piruvato que por sua vez é transportado para dentro da mitocôndria para completar sua oxidação ate CO2 e H2O, ativando o ciclo de krebs e a cadeia respiratória.

73 FERMENTAÇÃO LÁCTICA

74 FERMENTAÇÃO LÁCTICA

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76 FERMENTAÇÃO LÁCTICA

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