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glicose
2 piruvato
2 etanol + CO2
2 Acetil-CoA
2 Lactato CO2
Condies de hipxia ou anaerbias
Condies aerbias
Condies anaerbias
4 CO2 + 4 H2O
Ciclo do cido ctrico
Gliclise
27.02.2014
COMPLEXO PIRUVATO DESIDROGENASE
Enzimas: piruvato desidrogenase (E1), diidrolipoil transacetilase (E2) e diidrolipoil desidrogenase (E3). Vitaminas: tiamina, riboflavina, niacina, pantotenato.
complexo Piruvato desidrogenase
Piruvato Acetil-CoA
Na mitocndria:
RESPIRAO CELULAR: trs estgios
1. Produo de acetil-CoA
2. Ciclo de Krebs. Oxidao de acetil CoA e formao de CO2, NADH e FADH2.
3. Fosforilao oxidativa de NADH e FADH2.
Ciclo de Krebs
Produo de energia. Biossntese.
Regio central do metabolismo Natureza anfiblica
Histrico
Quando o citrato adicionado, a velocidade
da respirao aumenta... Porm, a quantidade
de oxignio absorvido muito maior que a que
pode ser atribuda oxidao completa do
citrato adicionado...
... provvel que ele seja removido por uma
reao primria, mas regenerado depois, por
uma reao subseqente
H. A. Krebs
Enzymology, 1937
Hans Adolf Krebs Prmio Nobel, 1953
Em 1937, Krebs realizou vrios experimentos onde era medido
o consumo de oxignio em msculos peitorais de pombos e que
esse consumo era aumentado em presena de piruvato. Ele
observou tambm que a oxidao do piruvato era estimulada
pelo oxalacetato, cis-aconitato, isocitrato e -cetoglutarato.
O fato da adio de piruvato e oxalacetato ocasionar um
acmulo de citrato levou Krebs a deduzir que se tratava de um
ciclo.
Conceitos bsicos e funes
Tambm denominado Ciclo do cido Ctrico ou Ciclo dos cidos
Tricarboxlicos.
Tem por objetivo principal fornecer eltrons altamente
energticos, pela degradao do citrato em oxalacetato, para
alimentar a cadeia transportadora de eltrons.
O Ciclo de Krebs a juno metablica central da clula. a
porta para o metabolismo aerbico de qualquer molcula que
possa ser transformada em um grupamento acetila ou em um
intermedirio do Ciclo de Krebs.
Ocorre em oito etapas no interior da mitocndria.
O Ciclo de Krebs participa efetivamente tanto de processos
anablicos como catablicos (anfiblico).
ci Ciclo do cido
Ctrico
Condensao
Desidratao
Hidratao
Descarboxilao oxidativa
Descarboxilao oxidativa
Fosforilao ao nvel do substrato
Desidrogenao
Hidratao
Desidrogenao
1. Formao do citrato
2. Formao do isocitrato via cis-aconitato
3. Oxidao do isocitrato a -cetoglutarato e CO2.
4. Oxidao do -cetoglutarato a succinil-CoA e CO2.
Complexo da -cetoglutarato Desidrogenase*
-cetoglutarato Succinil-CoA
* enzimas: E1, E2, E3; coenzimas: tiamina pirofosfato (TPP), lipoato, FAD, NAD, coenzima A.
5. Converso de succinil-CoA em succinato.
Succinil CoA sintetase*
Succinil CoA Succinato
*Em animais, existem 2 isozimas, uma especfica para ADP e outra para GDP.
Fosforilao a nvel de substrato:
GTP + ADP GDP + ATP nucleosdio difosfato quinase
6. Oxidao de succinato a fumarato .
Succinato desidrogenase
Succinato Fumarato
Succinato desidrogenase
Malonato: Inibidor competitivo
7. Hidratao de fumarato produz malato.
Fumarato Estado de transio do carbanon
Malato
fumarase
fumarase
8. Oxidao do malato a oxaloacetato.
L-malato Oxaloacetato
malato desidrogenase
A energia de oxidao conservada no ciclo.
3 molculas de NADH
1 molcula de FADH2 1 molcula de GTP (ATP)
Papel do ciclo do cido ctrico no anabolismo.
Papel do ciclo do cido ctrico no anabolismo.
Papel do ciclo do cido ctrico no anabolismo.
Papel do ciclo do cido ctrico no anabolismo.
Papel do ciclo do cido ctrico no anabolismo.
Reaes anaplerticas do ciclo do cido ctrico.
piruvato + HCO3- + ATP oxaloacetato + ADP + Pi Fgado, rim
fosfoenolpiruvato + CO2 + GDP oxaloacetato + GTP Corao,
msculo esqueltico
fosfoenolpiruvato + HCO3- oxaloacetato + Pi Vegetais superiores,
levedura e bactria
piruvato + HCO3- + NAD(P)H malato + NAD(P)+ Largamente distribuda nos
eucariotos e procariotos
piruvato carboxilase
PEP carboxiquinase
PEP carboxilase
enzima mlica
REAO TECIDO/ ORGANISMO
Reaes anaplerticas do ciclo do cido ctrico.
Acetil-CoA
Frutose 1,6 bifosfato
Coenzima biotina (CO2)
Regulao do ciclo do cido ctrico.
[ATP] [ADP]
[NADH] [NAD+]
Oferta energtica alta:
velocidade do Ciclo de Krebs
A velocidade do fluxo regulada por: Disponibilidade de substrato Inibio por acmulo de produto Inibio alostrica retroativa
CADEIA TRANSPORTADORA DE ELTRONS E FOSFORILAO OXIDATIVA. 1948 Eugene Kennedy e Albert Lehninger Nos eucariotos, todo o conjunto de reaes do ciclo do cido ctrico ocorre no interior da mitocndria, sendo esta organela o stio da fosforilao oxidativa.
Eugene Kennedy,
1919 -
J. Biol. Chem. 1949 179: 957-972.
Eltrons: provenientes da ao de desidrogenases que coletam eltrons das
vias catablicas e os canalizam para receptores universais de eltrons:
nucleotdeos de nicotinamida (NAD+ ou NADP+)
substrato reduzido + NAD(P)+ substrato oxidado + NADH + H+
nucleotdeos de flavina (FMN ou FAD)
substrato reduzido + substrato oxidado +
Cadeia transportadora de eltrons.
FMN FAD
FMNH2 FADH2
Cadeia transportadora de eltrons.
Tipos de transferncia de eltrons: 1) transferncia direta de eltrons (ex. reduo de Fe3+ a Fe2+) 2) transferncia de um tomo de hidrognio (H+ + e-) 3) transferncia como um on hidreto (:H-)
CI CII CIII CIV ATPase Q
C
CI IV: complexos respiratrios I IV (protenas Fe-S), ATPase: ATP sintase Q: ubiquinona (coenzima Q); C: citocromos (a, b e c)
Complexo I (NADH:ubiquinona oxido redutase ou NADH desidrogenase)
NADH at ubiquinona.
42 cadeias polipeptdicas diferentes, incluindo uma flavoprotena (FMN) e seis centros de Fe-S.
NADH + H+ + Q NAD+ + QH2 transferncia exergnica para a ubiquinona (Q)
de um on hidreto do NADH e um prton da matriz;
transferncia endergnica de 4 PRTONS da matriz para o espao intermembrana
Inibidores: Amital (droga barbitrica) Rotenona (inseticida) Piericidina A (antibitico)
6. Oxidao de succinato a fumarato .
Succinato desidrogenase
Succinato Fumarato
Succinato desidrogenase
Malonato: Inibidor competitivo
Relembrando o 6 passo do Ciclo de Krebs
Complexo II (Succinato desidrogenase)
Succinato at ubiquinona. - nica enzima do ciclo de Krebs ligada a membrana mitocondrial interna; - 5 grupos prostticos de 2 tipos e 4 subunidades proticas diferentes:
A e B: estendem-se no interior da matriz; C e D: integrais, cada uma com 3 hlices transmembrana, grupo heme b e um stio de ligao ubiquinona. Paraganglioma: mutaes pontuais no complexo II (prximas ao heme b) ou no stio de ligao da quinona
O2- e H2O2
Outros substratos para as desidrogenases Ubiquinona.
Glicerol 3-fosfato desidrogenase
Glicerol 3-fosfato desidrogenase
(citoslico)
Acil-CoA desidrogenase
Acil-CoA graxo
Enoil-CoA
Espao intermembrana
Matriz
Hidrlise de TAG Reduo da diidroxiacetona
QH2
Complexo III (Citocromos bc1 ou ubiquinona: citocromo c oxidoredutase)
Ubiquinona at citocromo c (Ciclo Q).
QH2 + 2 cit c1 (oxidado) + 2H+
N Q + 2 cit c1 (reduzido) + 4 H+
P
Acopla a transferncia de eltrons do ubiquinol (QH2) para o citocromo c com o transporte de 4 PRTONS da matriz para o espao intermembrana.
Complexo IV (Citocromo oxidase) Citocromo c at O2.
Transporta eltrons do citocromo c para o oxignio molecular, reduzindo-o a H2O. Apresenta 13 subunidades
4 cit c (reduzido) + 8 H+N + O2 4 cit c (oxidado) + 4 H+P + 2 H2O
O2- e H2O2
A energia da transferncia de e- conservada em um gradiente de H+.
NADH + 11 H+N + O2 NAD+ + 10 H+
P + H2O
Energia livre padro da transferncia de e- NADH O2 -220 kJ/mol Succinato O2 -150 kJ/mol
Bombeamento de H+
Fora prton-motriz.
Componentes: 1) a energia potencial qumica devida diferena na concentrao de H+
em duas regies separadas pela membrana; 2) a energia potencial eltrica que resulta da separao de carga quando
um prton se move atravs da membrana sem um contra-on.
Sntese de ATP
Como o gradiente de prtons tranformado em ATP? A fora prton-motriz conserva energia livre mais do que suficiente (~ 200 kJ) por mol de pares de eltrons para formar um mol de ATP (~50 kJ). Modelo quimiosmtico (Mitchell) Fora prton-motriz e ATP sintase.
Acoplamento da transferncia de e- com a sntese de ATP.
CN-: cianeto, inibe complexo IV
Oligomicina, venturicidina: inibe ATP sintase; DNP (dinitrofenol): desacoplador
Estrutura da ATP sintase.
oligomicina
Estequiometria do consumo de O2 e sntese de ATP.
Quantos H+ so bombeados para fora atravs da transferncia de e- de um NADH/ succinato para o O2? 10 prtons/ par de eltrons NADH 6 prtons/ par de eltrons succinato (FADH) E quantos H+ devem entrar atravs do complexo ATP sintase para proporcionar a sntese de uma molcula de ATP? 4 prtons = 1 molcula ATP (1 H+ para o transporte de Pi, ATP e ADP:) Razo P/O NADH (10/4): 2,5 moles de ATP Succinato (FADH; 6/4): 1,5 mol de ATP
Reao
N de ATP ou coenzimas
reduzidos formados
diretamente
N de molculas de ATP
formadas no final
Glicose glicose 6-P -1 ATP -1
Frutose 6-P frutose 2,6-P -1 ATP -1
2 gliceraldedo 3-P 2 1,3 bifosfoglicerato 2 NADH 3 ou 5
2 1,3 bifosfoglicerato 2 3-fosfoglicerato 2 ATP 2
2 fosfoenol piruvato2 piruvato 2 ATP 2
2 piruvato 2 acetil-CoA 2 NADH 5
2 isocitrato 2 cetoglutarato 2 NADH 5
2 cetoglutarato 2 succinil CoA 2 NADH 5
2 succinil CoA 2 succinato 2 ATP (ou 2 GDP) 2
2 succinato 2 fumarato 2 FADH2 3
2 malato 2 oxaloacetato 2 NADH 5
Total 30 - 32
Oxidao aerbia de uma molcula de glicose atravs da gia glicoltica, seguida da reao do complexo da piruvato desidrogenase e do ciclo do cido ctrico e fosforilao oxidativa.
20
5 ou 7
5
Sistema de lanadeiras.
Lanadeira malato-aspartato.
Fgado, rim e corao.
malato desidrogenase
transportador malato-cetoglutarato
Complexo I
Sistema de lanadeiras.
Lanadeira do glicerol 3-fosfato
Msculo esqueltico e crebro.
Complexo III
TRANSLOCASES: NUCLEOTDIOS DE ADENINA E FOSFATO
CALOR
Protena desacopladora mitocondrial (UCP1)
Fotossntese
FOTOSSNTESE
O processo no qual o CO2 reduzido e a H2O
oxidada para produzir carboidratos e O2,
essencialmente o inverso do metabolismo
oxidativo dos carboidratos.
Fotossntese produz cerca de 1011 toneladas de
carbono, o que representa um armazenamento de
mais de 1018 kJ de energia.
Plantas vasculares;
Bactrias fotossintetizantes
Eucariotos unicelulares (algas) fotossintetizantes
luz
equao geral da fotossntese
Reao de oxidao-reduo na qual H2O doa eltrons para
a reduo do CO2 a carboidrato (CH2O).
Reaes de assimilao do carbono
Reaes luminosas
Carboidrato
CLOROPLASO
Local da fotossntese
CLOROPLASTO
Apresentam duas membranas
O interior contem inmeras vesculas ou
sacos achatados, circundados por
membranas, os tilacoides, comumente
arranjados em pilhas chamadas de grana.
A luz impulsiona o fluxo de eltrons nos cloroplastos
2 H2O + 2 A 2 AH2 + O2 luz
Forma oxidada (azul)
Forma reduzida (incolor)
Diclorofenolindofenol
Reagente de Hill (A) 2,6-diclorofenolindofenol Aceptor artificial de eltrons
oxidado (azul)
reduzido (incolor)
Experimentos de Robert Hill (1937): quando extratos de folhas contendo
cloroplastos eram iluminados, eles liberavam O2 e reduziam um aceptor de
eltrons no biolgico adicionado ao meio
* NADP+ o aceptor biolgico de eltrons nos cloroplastos
LUZ
Comporta-se como ondas, e dependendo da gama de frequncia destas ondas, elas
podem ser organizadas pelo chamado espectro eletromagntico.
Comprimento de ondas longas
Comprimento de ondas curtas
Baixa Frequncia Baixa Energia
Alta Frequncia Alta Energia
A luz um movimento ondulatrio que possui frequncias muito altas (cerca de 1014
hertz) e cada cor que compe a luz branca possui uma frequncia diferente.
LUZ
ABSORO DE LUZ
Espectro eletromagntico
Quando um fton (quantum de luz) absorvido, um eltron na molcula que absorve
(cromforo) elevado para um nvel de maior energia.
As clorofilas absorvem energia luminosa para a fotossntese
Clorofila a
Ficoeritrobilina
-caroteno
Lutena (xantofila)
Os pigmentos que absorvem luz
mais importantes nas
membranas tilacoides so as
clorofilas (pigmentos verdes).
CHO em clorofila b
Pig
me
nto
s a
cess
ri
os
Cianobactrias Algas vermelhas
As cianobactrias e as algas vermelhas utilizam ficobilinas (ficoeritrobilinas e
ficocianobilina) como seus pigmentos de captura de luz.
Ficoeritrobilina
absorvem luz na faixa de 520 630 nm
Experimento de Englemann (1882)
Qual o comprimento de onda da luz mais efetivo em sustentar
a fotossntese?
alga fotossinttica
bactrias que precisam de O2
lamina
Espectro de ao da fotossntese
A clorofila est sempre associada a protenas especficas de ligao, formando
complexos coletores de luz (complexos antena).
FOTOSSISTEMA estrutura funcional onde esto arranjados os pigmentos absorventes
Todos as molculas de pigmentos em um fotossistema podem
absorver ftons, mas apenas umas poucas molculas de
clorofila, associadas ao centro de reao fotoqumica, so
especializadas na transduo de luz em energia qumica.
Clorofila do centro de
reao
Molculas antena
luz
A luz excita uma molcula antena
(clorofila ou pigmento acessrio), elevando o eltron a
um nvel maior de energia.
A molcula excitada da antena passa
energia para uma molcula vizinha de
clorofila (transferncia de
energia por ressonncia),
excitando-a
Esta energia transferida para uma
clorofila do centro de reao, excitando-a.
A clorofila excitada do centro de reao
passa um eltron para um aceptor de
eltrons (NADP+)
O buraco eletrnico no centro de reao
preenchido por um eltron fornecido por
um doador de eltrons (H2O).
Doador de eltrons
Aceptor de eltrons
A absoro de um fton causou uma separao de cargas no centro de reao.
Se inicia uma cadeia de oxidao-reduo
fotossitema
Superfcie interna do tilacide, observado
pela tcnica de criofatura. Particulas inseridas indicam os
fotossistemas.
fotossitema
Maquinaria fotossinttica em cianobactrias, algas e plantas vasculares
Para repor os eltrons que se movem do
PSII ao NADP+ atravs do PSI, as
cianobactrias e as plantas oxidam H2O,
produzindo O2.
Esquema Z
2 H2O + 2 NADP+ + 8 ftons O2 + 2 NADPH + 2 H
+
Para cada 2 ftons absorvidos (um
em cada fotossistema), um eltron
transferido da gua ao NADP+.
feofitina ferredoxina
Fluxo acclico de eltrons
ATP sintase
Complexo de citocromos b6f liga os fotossistemas II e I
H2O + NADP+ NADPH + H+ + O2
Fotofosforilao acclica
H
P
lumem
estroma
REAES DE ASSIMILAO DO CARBONO
Fixao de CO2 reao especfica na qual o CO2 incorporado (fixado) em um
composto orgnico de trs carbonos (triose fosfato 3 fosfoglicerato)
Via cclica (Ciclo de Calvin) ocorre no estroma dos cloroplastos
A assimilao de CO2 em biomassa nas plantas
Fixao de Carbono RUBISCO ribulose 1,5-bifosfato carboxilase
Fixao de Carbono
3-fosfoglicerato quinase gliceraldedo 3-fosfato desidrogenase
Fixao de Carbono
3CO2 + 9ATP + 6NADPH + 6H+
gliceraldedo 3-P + 9 ADP + 8 Pi + 6 NADP+ + 3 H2O
Aldolase transcetolase
Fixao de Carbono
Citosol: Sacarose
Cloroplasto (estroma): Amido
Maquinaria fotossinttica em bactrias prpuras (P870) e bactrias sulfurosas (P840)
feofitina
quinona
citocromo bc1
ATP sintase
Centro de reao
Centro de reao
citocromo bc1
ATP sintase
quinona
citocromo c2
ferredoxina
citocromo c
Centro de reao tipo II (feofitina-quinona)
Centro de reao tipo I (Fe- S)