Metabolismo Energtico das Clulas Fotossntese Quimiossntese Respirao Celular

Metabolismo Energético das Células Fotossíntese Quimiossíntese Respiração Celular Fermentação

1. Introdução l l Reações endotérmicas - Característica: Precisam receber energia - Ex. : Fotossíntese e quimiossíntese Reações exotérmicas - Característica: Liberam energia - Ex. : Respiração e fermentação

Reação Nível de energia Produtos Reagentes Endotérmica Nível de energia Reagentes Produtos Exotérmica

1. 1 ATP – Trifosfato de Adenosina l Este composto armazena, em suas ligações fosfato, parte da energia desprendida pelas reações exotérmicas e tem a capacidade de liberar, por hidrólise, essa energia armazenada para promover reações endotérmicas.

Molécula de ATP Adenina Fosfato Ribose NUCLEOSÍDEO NUCLEOTÍDEO = adenosina monofosfato (AMP) Adenosina difosfato (ADP) Adenosina trifosfato (ATP)

ATP em ação A Calor ATP Calor e e B Reação exotérmica C ADP + Pi Reação endotérmica D Reação exotérmica REAÇÕES ACOPLADAS Reação endotérmica

2. Fotossíntese l l É o principal processo autotrófico realizada pelos seres clorofilados, representados por plantas, alguns protistas, bactérias fotossintetizantes e cianobactérias. Os seres fotossintetizantes são fundamentais para a manutenção da vida em nosso planeta, pois são a base das cadeias alimentares e produzem oxigênio. Fórmula Geral 6 CO 2 + 12 H 2 O LUZ E CLOROFILA C 6 H 12 O 6 + 6 O 2+6 H 2 O

Caminho da Fotossíntese Parede celular Folha Célula clorofilada Núcleo Vacúolo Cloroplasto Tilacóide Membrana externa Membrana interna Esquema da molécula de clorofila Complexo antena Tilacóide DNA Granum Cloroplasto Estroma Granum Membrana do tilacóide

2. 1 Etapas Fotoquímica (reação de claro) Necessita de energia luminosa. OBS. : A clorofila reflete a luz verde e absorve com maior eficiência os comprimento de onda das luzes azul e vermelha. l l Química (reação de escuro) Não necessita de luz, mas sim dos produtos formados na fase fotoquímica.

Fotossíntese em ação H 2 O Luz C L O R O P L A S T O CO 2 ADP Etapa I FOTOQUÍMICA ATP NADPH 2 Tilacóide O 2 Etapa II QUÍMICA E S T R O M A NADP H 2 O C 6 H 12 O 6 Glicose

2. 2 Etapa Fotoquímica l l Ações: Fotofosforilação e Fotólise da água Reagentes: Luz, H 2 O, ADP e NADP Produtos: O 2 / ATP / NADPH 2 Local: tilacóides Fotofosforilação adição de fostato (fosforilação) em presença de luz (foto) com a transferência da energia captada pela clorofila para as moléculas de ATP. Fotólise da água quebra da água por enzimas localizadas nos tilacóides, sob a ação da luz, liberando O 2 e formação de NADPH 2

Fotólise da água: quebra da molécula de água em presença de luz Luz 2 H 2 O 4 H + + 4 e - + O 2 Clorofila 4 H+ + 2 NADPH 2 Fotofosforilação: adição de fosfato em presença de luz ADP ATP

2. 3 Etapa Química Ações: Ciclo das pentoses l Reagentes: CO 2, ATP e NADPH 2 l Produtos: Carboidratos e H 2 O l Local: Estroma Ciclo de pentoses proposto por Melvin Calvin (1961) Fixação do carbono, elemento presente no meio abiótico que passa para o biótico l

Equação da etapa química 6 C O 2 + 12 NADPH 2 + n. ATP C 6 H 12 O 6 + 6 H 2 O + n. ADP + n. P

2. 5 Observações l l l As partes verdes das plantas, representadas principalmente pelas folhas, são as únicas capazes de realizar fotossíntese. O oxigênio liberado pela fotossíntese realizada pelos eucariontes e cianobactérias provém da água, e não do gás carbônico (Cornelius van Niel em 1930 bactéria vermelhas sulfurosas) Principais tipos de clorofila: a eucariontes e cianobactérias b plantas e algas verdes c algas pardas e diatomáceas d algas vermelhas bacterioclorofila bactérias fotossintetizantes l O açúcar produzido na fotossíntese parte serve para • • • sintetizar outras moléculas orgânicas (sacarose, celulose) utilizada pelas mitocôndrias (cerca de 50%), reserva na forma de amido (raízes, tubérculos e frutos).

3. Quimiossíntese l l Processo em que a energia utilizada na formação de compostos orgânicos, a partir de gás carbônico(CO 2) e água (H 2 O), provém da oxidação de substâncias inorgânicas. Principais bactérias quimiossintetizantes: • FERROBACTÉRIAS oxidação de compostos de ferro. • NITROBACTÉRIAS oxidação da amônia (NH 3) ou de nitritos (NO 3) (importantes no ciclo do nitrogênio). • Nitrossomas & Nitrobacter

4. Respiração l l Processo de síntese de ATP que envolve a cadeia respiratória. Tipos • AERÓBIA em que o aceptor final de • hidrogênios é o oxigênio. ANAERÓBIA em que o aceptor final de hidrogênio não é o oxigênio e sim outra substância (sulfato, nitrato)

Respiração em Eucariontes CITOPLASMA Glicose (6 C) C 6 H 12 O 6 GL IC ÓL IS MITOCÔNDRIA 2 CO 2 E Ciclo de Krebs A RI Saldo de 2 ATP H 2 A TÓ EI A D IR CA ESP R Piruvato (3 C) 4 CO 2 2 ATP Saldo de 32 ou 34 ATPs FASE ANAERÓBIA FASE AERÓBIA 6 O 2 6 H 2 O

4. 1 Respiração Aeróbia l l Utilizadas por procariontes, protistas, fungos, plantas e animais. Molécula principal: glicose. Etapas: • • • Glicólise (não usa O 2). Ciclo de Krebs Cadeia respiratória (usa O 2) • • Procariontes: glicólise e ciclo de Krebs ocorrem no citoplasma e a cadeia respiratória na membrana. Eucariontes: glicólise ocorre no citossol, e nas mitocôndrias o ciclo de Krebs (matriz) e a cadeia respiratória (cristas). Obs. :

4. 1. 2 Glicólise l l l Função: quebra de moléculas de glicose e formação do piruvato. Local: citossol Procedimento: • • l Glicose 2 piruvato: liberação de hidrogênio e energia. NADH : energia usada na síntese de ATP. O piruvato formado entra na mitocôndria e segue para o ciclo de Krebs.

Glicólise ATP Glicose (6 C) C 6 H 12 O 6 ADP ATP ADP P~6 C~P 3 C~P Pi 3 C~P NADH P~3 C~P ADP ATP P~3 C ADP ATP 3 C Piruvato 1. Duas moléculas de ATP são utilizadas para ativar uma molécula de glicose e iniciar a reação. 2. A molécula de glicose ativada pelo ATP divide-se em duas moléculas de três carbonos. NAD Pi 3. Incorporação de fosfato NADH inorgânico e formação de NADH. P~3 C~P ADP 4. Duas moléculas de ATP são liberadas recuperando as ATP P~3 C duas utilizadas no início. ADP 5. Liberação de duas moléculas de ATP e formação de piruvato. 3 C Piruvato

4. 1. 3 Ciclo de Krebs l l Nomes: ciclo do ácido cítrico ou ácido tricarboxílico. Mentor: Hans Adolf Krebs, 1953) Local: matriz mitocondrial Procedimento: • • • l Piruvato acetil : liberação de CO 2 e H. Acetil-coenzima A (acetil-Co. A) : entra no ciclo de Krebs. Ciclo de Krebs: liberação de CO 2, ATP, NADH, FADH 2 Obs. : todo o gás carbônico liberado na respiração provém da formação do acetil e do ciclo de Krebs.

4. 1. 4 Cadeia respiratória l l Função: formação de ATP Local: crista mitocondrial Procedimento: • Fosforilação oxidativa: transferência de hidrogênios pelos citocromos, formando ATP e tendo como aceptor final o oxigênio e a formação de água Obs. : O rendimento energético para cada molécula de glicose é de 38 moléculas de ATP.

Visão geral do processo respiratório em célula eucariótica Citosol Glicose (6 C) C 6 H 12 O 6 6 O 2 1 ATP 1 NADH Piruvato (3 C) 32 ou 34 ATP 4 CO 2 Piruvato (3 C) 2 CO 2 2 NADH Mitocôndria 2 acetil-Co. A (2 C) Ciclo de Krebs 6 H 2 O 2 ATP 6 NADH 2 FADH Total: 10 NADH 2 FADH 2 Crista mitocondrial

4. 2 Respiração Anaeróbia l l l Utilizada por bactérias desnitrificantes do solo como a Pseudimonas disnitrificans, elas participam do ciclo de nitrogênio devolvendo o N 2 para a atmosfera. Molécula principal: glicose e nitrato. Fórmula: C 6 H 12 O 6 + 4 NO 3 6 CO 2 + 6 H 2 O + N 2 + energia

5. Fermentação l Processo anaeróbio de síntese de ATP que ocorre na ausência de O 2(solos profundos e regiões com teor de O 2 quase zero) e que não envolve a cadeia respiratória. Aceptor final: composto orgânico. l Seres Anaeróbios: l • • l ESTRITOS: só realiza um dos processos anaeróbios(fermentação ou respiração anaeróbia) Ex. : Clostridium tetani FACULTATIVAS: realizam fermentação ou respiração aeróbia. Ex. : Sacharomyces cerevisiae Procedimento: • Glicose degradada em substâncias orgânicas mais simples como : ácido lático (fermentação lática) e álcool etílico (fermentação alcoólica)

5. 1 Fermentação Lática l l l O piruvato é transformado em ácido lático. Realizada por bactérias, fungos protozoários e por algumas células do tecido muscular humano. Exemplos: • • • Cãibra: fermentação devido à insuficiência de O 2 Azedamento do leite. Produção de conservas.

Fermentação Lática ATP NADH Piruvato (3 C) Ácido lático 3 C Glicose (6 C) C 6 H 12 O 6 Piruvato (3 C) Ácido lático 3 C NADH Glicólise ATP NAD

5. 2 Fermentação Alcoólica l l l O piruvato é transformado em álcool etílico. Realizada por bactérias e leveduras. Exemplos: • Sacharomyces cerevisiae produção de bebidas alcoólicas (vinho e cerveja) • Levedo fabricação de pão.

Fermentação Alcoólica ATP NADH Álcool etílico 3 C Piruvato (3 C) CO 2 Glicose (6 C) C 6 H 12 O 6 CO 2 Piruvato (3 C) Álcool etílico 3 C NADH Glicólise ATP NAD

Fermentação Acética H 2 O ATP NADH 2 Piruvato (3 C) CO 2 Glicose (6 C) C 6 H 12 O 6 CO 2 Piruvato (3 C) NADH Glicólise ATP NADH 2 H 2 O Ácido acético 3 C

Resumo dos Tipos de fermentação e a respiração Fermentação Lática Glicose ácido lático + 2 ATP Fermentação Alcoólica Glicose álcool etílico + CO 2 + 2 ATP Fermentação Acética Glicose ácido acético + CO 2 + 2 ATP Respiração Glicose + O 2 CO 2 + H 2 O + 36 ou 38 ATP