RESPIRAO CELULAR BIOSSNTESE CONSTRUO CONSUMO DE ATP DEGRADAO

RESPIRAÇÃO CELULAR

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

Metabolismo em geral

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.

ETAPAS DA RESPIRAÇÃO CELULAR I- GLICÓLISE – Quebra da glicose II- CICLO DE KREBS - Conjunto de reações que formam CO 2 - H 2 O - NADH 2 - FADH 2 III- CADEIA RESPIRATÓRIA – Produção de moléculas de ATP

Membrana externa LOCAIS DA RESPIRAÇÃO CELULAR 1 a. GLICÓLISE HIALOPLASMA 3 a. CADEIA RESPIRATÓRIA MITOCÔNDRIAS 2 a. CICLO DE KREBS

GLICÓLISE/ VIA GLICOLÍTICA GLICOSE

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.

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 CO 2) produzidos a partir do consumo de açúcares presentes no malte - obtido através da cevada germinada.

Processo usado no preparo da massa do pão/ bolo: fermentos das leveduras/ fungos - consomem o açúcar (amido) da massa do pão, liberando CO 2 , 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).

Visão Geral • 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

Moléculas complexas: Proteínas Polissacarídeos Lipídeos Ácidos nucléicos Nutrientes contendo energia: Carboidratos Gorduras Proteínas C A T A B O L I S M O Energia química ATP NADH EXERGÔNICAS Produtos finais pobres em energia: CO 2 H 2 O NH 3 ENDERGÔNICAS A N A B O L I S M O Moléculas precursoras: Aminoácidos Oses Ácidos graxos Bases nitrogenadas

Glicose - proveniente da dieta ou produção endógena é degradada pelo organismo com o principal propósito de liberar energia. Glicólise anaeróbica: degradação da glicose sem necessidade de O 2, produto final ácido lático. Utilizada quando exercícios rigorosos são realizados. a Glicólise aeróbica: é a degradação da glicose na presença de O 2, produto final o piruvato que é transportado para dentro da mitocôndria para completar sua oxidação até CO 2 e H 2, ativando o ciclo de krebs e a cadeia respiratória.

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 H 2 O

Funções da Via Glicolítica - Transformar glicose em piruvato. - Sintetizar ATP com ou sem oxigênio. - Preparar a glicose para ser degradada totalmente em CO 2 e H 2 O. - Permitir a degradação parcial da glicose em anaerobiose. - Alguns intermediários são utilizados em diversos processos biossintéticos.

• 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.

VIA DE SINALIZAÇÃO DA GLICOSE IRS 1 – PI 3 K – AKT - GLUT 4

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

Sequência da Glicólise Fase 1: preparação, regulação e gasto de energia: A célula gasta 2 moléculas de ATP e Mg 2+ 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 (PO 4) 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.

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.

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.

Hexoquinase

Glicose 6 P 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 (C 3) para a clivagem catalizada pela enzima Aldolase na reação 4. Isomerase

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

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 Gliceraldeído-3 -fosfato Linha de fratura 4% Isomerase Aldolase 96% Frutose 1 -6 -difosfato Dihidroxiacetona-fosfato 89% 11%

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 3 P, a única triose que pode continuar sendo oxidada. Única oxidação durante a glicólise. Ácido 1, 3 difosfoglicérico Gliceraldeido-3 -fosfato Desidrogenase

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.

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

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

Fase 2: Produção de ATP e oxidação Nessa etapa, ocorre adição de NAD e Pi (fosfato inorgânico). A partir dessa etapa teremos 2 gliceraldeídos 3 P. Gliceraldeído 3 P 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.

1, 3 bifosfoglicerato Reação 7: catalisada pela enzima 1, 3 Bi. P 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

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. Enolae Mutase Ác. 3 -fosfoglicérico Enolase Ác. 2 -fosfoglicérico Ác. fosfoenolpirúvico

Fosfoenolpiruvato Reação 10: enzima piruvato cinase transfere do grupo fosfato do fosfoenolpiruvato para uma molécula de ADP, formandose 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

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

GLICÓLISE C 6 H 12 O 6 LEMBRETE Na glicólise entra uma molécula de GLICOSE com 6 carbonos e sai 2 moléculas de piruvato de 3 carbonos

PRIMEIRA ETAPA - GLICÓLISE Quebra da molécula glicose GLICOSE AC. PIRUVICO IMPORTANTE NAD/FAD - Moléculas Carregadora de H+ - Cada molécula carrega 2 átomos de H+ MITOCÔNDRIAS CICLO KREBS – CADEIA RESPIRATÓRIA PRODUTOS DA GLICÓLISE C 6 H 12 O 6 4 H+ (2) C 3 H 4 O 3 ÁCIDO PIRÚVICO HIALOPLASMA GLICÓLISE - 2 NAD + 2 H 2 = 2 NADH 2 - SALDO DE 2 ATP NA REAÇÃO -FORAM PRODUZIDOS 2 AC. PIRÚVICOS Glicose + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi ------> 2 NADH + 2 piruvato + 2 ATP + 2 H 2 O

GLICÓLISE 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

• Fosfofrutoquinase - Principal enzima no controle da via glicolítica, altos níveis de ATP e citrato exercem inibição. Outro agente a inibi-la é o p. H (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-Co. A a inibe (acúmulo de alanina).

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

OC=O Piruvato + Co. A piruvato desidrogenase acetil-Co. A +CO 2 C=O CH 3 NAD+ NADH Acetil-Co. A

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

Citrato-sintase Aconitase Isocitrato-desidrogenase Complexo da desidrogenase L-malato-desidrogenase Fumaras e Succionato-desidrogenase Tioquinase-succínica

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

CADEIA RESPIRATÓRIA

ETAPAS DA RESPIRAÇÃO CELULAR I- GLICÓLISE – Quebra da glicose II- CICLO DE KREBS - Conjunto de reações que formam CO 2 - H 2 O - NADH 2 - FADH 2 III- CADEIA RESPIRATÓRIA – Produção de moléculas de ATP

PRIMEIRA ETAPA - GLICÓLISE Quebra da molécula glicose GLICOSE AC. PIRUVICO IMPORTANTE NAD/FAD - Moléculas Carregadora de H+ - Cada molécula carrega 2 átomos de H+ MITOCÔNDRIAS CICLO KREBS – CADEIA RESPIRATÓRIA PRODUTOS DA GLICÓLISE C 6 H 12 O 6 4 H+ (2) C 3 H 4 O 3 ÁCIDO PIRÚVICO HIALOPLASMA GLICÓLISE - 2 NAD + 2 H 2 = 2 NADH 2 - SALDO DE 2 ATP NA REAÇÃO -FORAM PRODUZIDOS 2 AC. PIRÚVICOS

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

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.

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.

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

Cadeia respiratória

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

BALANÇO ENERGÉTICO CITOPLASMA Á cido pirúvic o GLICÓLISE 2 NADH Acetil. Co. A 2 NADH MITOCÔNDRIA CICLO DE KREBS 2 ATP 6 NADH 2 FADH CADEIA RESPIRATÓRIA 2 ATP 6 ATP 18 ATP 4 ATP 2 ATP 38/32 ATP

Destinos do piruvato • O piruvato, em condições aeróbicas é oxidado a acetato, o qual entra no ciclo de Krebs e é oxidado até CO 2 e H 2 O. • 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.

Destinos do piruvato Glicólise anaeróbica: É a degradação da glicose sem a necessidade de O 2, 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 O 2, tendo como produto final o piruvato que por sua vez é transportado para dentro da mitocôndria para completar sua oxidação ate CO 2 e H 2 O, ativando o ciclo de krebs e a cadeia respiratória.

FERMENTAÇÃO LÁCTICA

FERMENTAÇÃO LÁCTICA

FERMENTAÇÃO LÁCTICA