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Professora Priscila F Binatto
Citologia - Maio/2015
CAP. 9 “METABOLISMO ENERGÉTICO: RESPIRAÇÃO AERÓBIA E FERMENTAÇÃO”
• Mitocôndrias
• Organização Morfológica
• Função
• Respiração Celular
• Cloroplastos
• Organização Morfológica
• Função
• Fotossíntese
Organelas Produtoras de energia
Presentes em praticamente todas as células eucarióticas.
Organelas arredondadas ou alongadas, localizadas geralmente próximas a regiões do citoplasma que necessitam de muita energia.
É em seu interior que ocorre a respiração celular, para obtenção de energia para os seres vivos.
Em seu interior na matriz mitocondrial existe DNA e RNA, diversas enzimas e ribossomos.
Plantas e animais sexuados: DNA mitocondrial herança materna.
Mitocôndrias
Matriz mitocôndrial: Enzimas,
DNA mitocondrial, ribossomos,
RNAs
Membrana interna: Cristas,
Proteínas envolvidas na (1) cadeia
respiratória, (2) síntese de ATP e (3)
transporte
Membrana externa: Proteínas
formadoras de canais (porinas),
enzimas envolvidas na síntese de
lipídios Espaço intermembranas:
Enzimas
Espaço intermembranoso: contêm várias enzimas que utilizam
o ATP proveniente da matriz para
fosforilar outros nucleotídeos. Eletromicrografia de uma mitocôndria
de uma célula pancreática
Organização geral das mitocôndrias
CAP. 9 “METABOLISMO ENERGÉTICO: RESPIRAÇÃO AERÓBIA E FERMENTAÇÃO”
• Respiração aeróbia
Energia para o trabalho celular
glicose + oxigênio + água gás carbônico + água + energia
C6H12O6 6 O2 6 H2O 6 CO2 12 H2O
glicose álcool etílico + gás carbônico + energia
C6H12O6 2 C2H5OH 2 CO2
• Fermentação
Obtenção de nutrientes pelos seres vivos
• Autótrofos
Realização de fotossíntese
• Heterótrofos
Obtenção da glicose pronta a partir de
outra fonte
ATP: Trifosfato de adenosina, é um nucleotídeo
encontrado em todas as células vivas. Formado por
uma base nitrogenada, a adenina, uma pentose, que é
a ribose, e três fosfatos.
O papel do ATP
ATP: moeda energética gerada na respiração
e na fermentação
adenina
(1) (2) (3)
ribose
adenosina
adenosina monofosfato (AMP)
adenosina difosfato (ADP)
adenosina trifosfato (ATP)
RE
SP
IRA
ÇÃ
O
energia
ADP Pi
ATP
TRABALHO CELULAR
C C C C C C
Respiração Celular
Objetivo: produção de ATP (energia);
O gás oxigênio atua como agente oxidante de moléculas orgânicas;
Moléculas principalmente de glicose são degradadas, formando gás carbônico, água e liberação de energia;
A equação geral da respiração aeróbia da glicose é:
C6H12O6 + 6O2 + 30ADP + 30Pi 6CO2 + 6H2O + 30ATP
Processos Energéticos Celulares
Respiração aeróbia: modificação
mais profunda da glicose
• Glicólise
• Ciclo de Krebs
• Fosforilação Oxidativa (cadeia transportadora de elétrons)
GLICOSE
2 NAD 2 (ADP + Pi)
2 NADH2
ÁCIDO
PIRÚVICO
(3C)
2 ATP
ÁCIDO
PIRÚVICO
(3C)
Glicólise
Sequência de dez reações químicas catalisadas por enzimas livres no
citosol. Nessa etapa uma molécula de glicose é quebrada em duas de
ácido pirúvico com saldo líquido de duas moléculas de ATP.
Glicólise
A equação não está balanceada e mostra apenas os
principais reagentes e produtos.
Oxidação do ácido pirúvico
CAP. 9 “METABOLISMO ENERGÉTICO: RESPIRAÇÃO AERÓBIA E FERMENTAÇÃO”
ÁCIDO
PIRÚVICO (3C)
NAD NADH2
CO2 CoA
ACETIL-CoA
(2C)
Ácido Pirúvico + CoA + NAD+ Acetil-CoA + NADH + CO2 + H +
Ciclo de Krebs Sequência de oito reações que
ocorre na matriz mitocondrial.
Nessa etapa são liberadas duas
moléculas de CO2, elétrons de
alta energia e íons H+.
São formados no
Ciclo de Krebs:
2 CO2
3 NADH
1 FADH2
GTP
Ciclo de Krebs
sai 1 H e
forma-se NADH2
sai 1 H e
forma-se FADH2
sai 1 H e
forma-se NADH2
molécula de 2C
(acetil-CoA)
molécula de 6C
(citrato)
sai
formando CO2
molécula de 5c
(a - cetoglutarato)
molécula de 4c
(succinato)
molécula de 4C
(fumarato)
molécula de 4C
(malato)
molécula de 4C
(ácido oxalacético)
sai
formando CO2
formação
de GTP*
entra H2O
sai 1 H e
forma-se NADH2
MIT
OC
ÔN
DR
IA
* GTP = uma molécula equivalente,
energeticamente, ao ATP
MATRIZ MITOCONDRIAL
Produção de ATP: adição de fosfato ao ADP para
formar ATP é uma fosforilação.
É chamada de oxidativa porque ocorrem diversas
oxidações sequenciais , nas quais o grande agente
oxidante é o gás oxigênio.
2 NADH + 2 H+ + O2 2 NAD+ + 2 H2O
2 FADH2 + O2 2 FAD + 2 H2O
Fosforilação Oxidativa
NADH2 e FADH2
nível de maior
energia
nível de menor
energia
ATP
ADP + Pi
H20
e-
e-
Cadeia respiratória
NADH e FADH2 (ciclo de Krebs)
liberam os elétrons energizados e
os íons H+, que a partir daí
passam por uma série de
proteínas transportadoras
(citocromos e quinonas) presentes
nas membranas internas da
mitocôndria.
Durante a passagem através da
cadeia respiratória, os elétrons
perdem energia que é, então,
armazenada em moléculas de ATP.
Ao final da cadeia respiratória, os
elétrons menos energizados e os
íons H+combinam-se com átomos
provenientes do gás oxigênio,
formando seis moléculas de água.
Cadeia respiratória (Cadeia transportadora de elétrons)
Produção de ATP
Saldo energético da respiração aeróbia
Por molécula de glicose, na prática, a quantidade de ATPs
gerados é de aproximadamente:
2 da glicólise + 2 do ciclo de Krebs + 26 da fosforilação oxidativa
=
30 ATPs
Organelas citoplasmáticas também chamados de plastídios, presentes apenas em células de plantas e de algas, se originam de pequenas bolsas presentes em células embrionárias chamadas proplastos. Podem ser de três tipos básicos:
Leucoplastos (incolores): presentes em raízes e caules tuberosos. Função: armazenamento de amido.
Cromoplastos (amarelos ou vermelhos): responsáveis pelas cores dos frutos, flores e folhas que ficam avermelhadas e amareladas no outono e de algumas raízes como a cenoura. Função: atrair animais polinizadores e comedores de frutos.
Cloroplastos (verdes): responsáveis pelo processo de fotossíntese. Possuem um pigmento chamado clorofila.
Plastos
Onde ocorre a fotossíntese?
• Nos organismos mais simples (cianobactérias)
Hialoplasma
• Nas células eucarióticas
Cloroplastos
Nos cloroplastos, mais precisamente onde?
granum
epiderme
células
fotossintetizadoras
epiderme
tilacóide
núcleo
cloroplasto
vacúolo
estroma
tilacóide
membrana
do tilacóide
interior do
tilacóide
folha em corte
transversal
Fotossíntese: Esquema Geral
3
2
4
1
luz
6H2O + 6CO2 -> 6O2 + C6H12O6
clorofila
As etapas da fotossíntese
• Fase de claro (fotoquímica): Tilacoides
• Fase de escuro (química): Estroma
H2O O2
H2O
clorofila
fluxo de
elétrons
no
tilacóide
ATP
ADP + Pi
NADPH2
NADP+
fase de escuro
(no estroma)
CO2
CO2
CH2O
glicose
ciclo das pentoses
(Calvin-Benson)
no estroma
fase de claro
(nos tilacóides)
luz
3
2
4
1
Fotoquímica (Fase Clara)
Ocorre a fostoforilação, um processo de produção de ATP que
utiliza energia luminosa.
A luz estimula a clorofila, que libera elétrons para uma cadeia
transportadora constituida de citocromos na membrana dos
tilacoides.
A transferência de eletrons entre citocromos está ligada a síntese
de ATP.
Os elétrons podem retornar para a clorofila (fotofosforilação
cíclica) ou não (fotofosforilação acíclica).
São formados na fase clara:
O2
NADH
ATP
Fotofosforilação cíclica
aceptor de
elétrons
clorofila aceptor de
elétrons
citocromos
luz ATP ADP
e-
e-
e-
e-
Fotofosforilação acíclica
Os elétrons transferidos pela clorofila não retornam para esse pigmento,
sendo captados pelo NADP. A água é quebrada o que fornece elétrons para
a clorofila, libera gás oxigênio e dois prótons, que serão captados pelo
NADP. Assim, a fotofosforilação acíclica produz ATP (pela cadeia
transportadora de elétrons) e NADPH.
O2 + 4 H+
4 e-
clorofila b
foto
ssis
tem
a II
cadeia de
transporte
de elétrons
ADP + P
ATP
clorofila a
foto
ssis
tem
a I
NADP+
cadeia de
transporte
de elétrons
NADPH2
CO2
açúcar
2 H2O
FASE DE CLARO FASE DE ESCURO
Fase de escuro (química) CO2 é reduzido a glicose, processo endotérmico (Ciclo de Calvin-
Benson ). O agente redutor é o NADPH que transfere elétrons
para o ciclo enquanto que o ATP fornece energia para o
processo. A glicose é o produto do ciclo de Calvin.
• Ciclo de Calvin-Benson
carboidratos
estroma
tilacóide
reações
da fase
de escuro
ATP
NADP
NADPH2
CO2
O2 H2O
ADP + Pi
reações
da fase
de claro
Fatores externos que influenciam a fotossíntese
Concentração de CO2
Aumentando-se a concentração de CO2
verifica-se que ocorre um aumento na velocidade da fotossíntese, até se atingir um ponto de saturação, pois as enzimas que catalisam a captação do CO2 ficam saturadas.
Fatores externos que influenciam a fotossíntese
Temperatura
O aumento de temperatura estimula o aumento da fotossíntese até um certo ponto, quando, então, as enzimas correm o risco de desnaturação.
Fatores externos que influenciam a fotossíntese
Intensidade luminosa
Mantendo-se constantes a concentração de CO2 e a temperatura, pode-se verificar que com o aumento da intensidade luminosa, ocorre um aumento da velocidade da fotossíntese. Isso acontece até um certo ponto, pois o fator limitante pode ser a quantidade de clorofila (ponto de saturação luminosa – PSL).
Comparação fotossíntese e respiração
O2 e glicose Substâncias liberadas
CO2 e H2O Substâncias consumidas
Armazenamento de e nas
ligações dos átomos de
carbono da glicose, com
utilização da luz do Sol.
Energia (e)
Fotossíntese Características
CO2 e H2O
glicose e O2
Liberações de e por
rompimento das ligações
entre os átomos de
carbono da glicose.
Respiração
Comparação fotossíntese e respiração
energia
luminosa
fotossíntese
cloroplasto
glicose
oxigênio
água
respiração
mitocôndria
trabalho
celular
gás
carbônico
ATP
CO2 + 2 H20 + luz (CH2O) + H20 + O2
clorofila
Bactérias fazem fotossíntese?
Bactérias fazem quimiossíntese?
(CH2O) + H20 + 2 S
bacterioclorofila CO2 + 2 H2S + luz
Diferença entre fotossíntese e quimiossíntese
• Na fotossíntese, a energia é proveniente da luz do sol
• Na quimiossíntese, a energia é proveniente de uma
reação química inorgânica
CAP. 10 “METABOLISMO ENERGÉTICO: FOTOSSÍNTESE E QUIMIOSSÍNTESE”
Responda:
• O que você entende por seqüestro de carbono?
• O que o seqüestro de carbono tem a ver com fotossíntese?
• Como o seqüestro de carbono pode ajudar a atenuar o
aquecimento global?
• O desmatamento auxilia ou prejudica o seqüestro de
carbono?
• O que fazer para haver mais seqüestro de carbono?
ANIMAÇÕES
http://teca.cecierj.edu.br/arquivo/animacao/46182.swf
http://www.planetabio.com/citoplasma.swf