Post on 09-Nov-2018
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BBIIOOEENNEERRGGÉÉTTIICCAA
NNaa ccéélluullaa mmiillhhaarreess ddee ccoommppoossttooss eessttããoo aa sseerr
ssiinntteettiizzaaddooss ee ddeeggrraaddaaddooss eemm ssiimmuullttâânneeoo..
MMeettaabboolliissmmoo:: éé oo ccoonnjjuunnttoo ddee ttooddaass aass rreeaaccççõõeess
eennvvoollvviiddaass nnaa mmaannuutteennççããoo ddeessttee eessttaaddoo ddiinnââmmiiccoo..
NNoo ggeerraall aass rreeaaccççõõeess mmeettaabbóólliiccaass ppooddeemm sseerr
ddiivviiddiiddaass eemm ddooiiss ggrruuppooss:: rreeaaccççõõeess ccaattaabbóólliiccaass ee
rreeaaccççõõeess aannaabbóólliiccaass..
OO nnoossssoo oorrggaanniissmmoo uuttiilliizzaa uummaa vviiaa ccaattaabbóólliiccaa
ddiiffeerreennttee ppaarraa ccaaddaa ffaammíílliiaa ddee mmaaccrroommoollééccuullaass,,
ppoorréémm ttooddaass eellaass ccoonnvveerrggeemm ppaarraa uummaa úúnniiccaa vviiaa..
OO pprriinncciippaall pprrooppóóssiittoo ddaass ddiiffeerreenntteess vviiaass ccaattaabbóólliiccaass
éé ccoonnvveerrtteerr aa eenneerrggiiaa qquuíímmiiccaa ddooss aalliimmeennttooss eemm
mmoollééccuullaass ddee AATTPP ee oobbtteerr aaiinnddaa ppeerrccuurrssoorreess ppaarraa
ssíínntteessee ddee ddeetteerrmmiinnaaddooss mmeettaabboolliittooss..
2
AA ccéélluullaa ee aa MMiittooccôônnddrriiaa
AA ccéélluullaa aanniimmaall ttííppiiccaa ppoossssuuii iinnúúmmeerrooss ccoommppoonneenntteess
ooss qquuaaiiss sseerrvveemm ppaarraa ddiiffeerreenntteess ffuunnççõõeess..
3
AA mmiittooccôônnddrriiaa éé oo oorrggaanneelloo ddooss oorrggaanniissmmooss
ssuuppeerriioorreess oonnddee ooccoorrrree aa vviiaa ccaattaabbóólliiccaa ccoommuumm..
4
AAss eennzziimmaass ddoo cciicclloo ddoo áácciiddoo ccííttrriiccoo eessttããoo
eesssseenncciiaallmmeennttee llooccaalliizzaaddaass nnaa mmaattrriizz mmiittooccoonnddrriiaall..
OOss pprriinncciippaaiiss ccoommppoonneenntteess ddaa vviiaa ccaattaabbóólliiccaa ccoommuumm
EExxiisstteemm dduuaass ppaarrtteess ccoommuunnss àà vviiaa ccaattaabbóólliiccaa:: 11ªª cciicclloo ddoo
áácciiddoo ccííttrriiccoo,, 22ªª ffoossffoorriillaaççããoo ooxxiiddaattiivvaa..
ÉÉ iimmppoorrttaannttee ccoommpprreeeennddeerr aa mmoollééccuullaa ddee AATTPP..
AAss lliiggaaççõõeess PP--OO--PP ddoo aanniiddrriiddoo ffoossffóórriiccoo ccoonnttéémm mmaaiiss
eenneerrggiiaa qquuíímmiiccaa ((77,,33 kkccaall//mmooll)) ddoo qquuee aass lliiggaaççõõeess
CC--OO--PP dduumm ffoossffooéésstteerr ((33,,44 kkccaall//mmooll))..
AATTPP AADDPP AAMMPP AA
Membrana interna
Cristas
Matriz Membrana externa
Pi Pi Pi
7,3 kcal/mol 7,3 kcal/mol 3,4 kcal/mol
5
OO AATTPP ee oo AADDPP ccootteemm lliiggaaççõõeess ffoossffaattoo ddee eelleevvaaddaa
eenneerrggiiaa..
O ATP é uma forma de armazenamento de energia
por um curto tempo de vida.
AA mmoollééccuullaa ddee AATTPP ppeerrmmaanneeccee nnaa ccéélluullaa dduurraannttee,,
aapprrooxxiimmaaddaammeennttee,, 11 mmiinnuuttoo..
EEssttiimmaattiivvaass ssuuggeerreemm qquuee dduurraannttee uumm eexxeerrccíícciioo
vviioolleennttoo oo ccoorrppoo hhuummaannoo pprroodduuzz ee ddeeggrraaddaa mmaaiiss ddee
00,,55 KKgg ddee AATTPP ppoorr mmiinnuuttoo ((≃≃99..000000..000000 €€//mmiinn))..
PPaarraa aalléémm ddoo AATTPP,, oouuttrraass mmoollééccuullaass ppooddeemm ttaammbbéémm
sseerr uuttiilliizzaaddaass ccoommoo mmoollééccuullaass aarrmmaazzeennaaddoorraass ddee
eenneerrggiiaa,, ssããoo eellaass aass ccooeennzziimmaass NNAADD++ ee FFAADD..
6
H2C
O
P
O
P
O
N
NN
N
NH2
O
HOH
HH
H
CH2
H
-O O
O-O
NO
HOH
HH
HH
C NH2
O
+
N N
N
NO
OH
H3C CH3
C CH
H
C C C
H H H H
HOH OH OH
O P O P OH2C
N
NN
N
NH2
O
HOH
HH
HH
O-
O O
O-
ADP Flavina Ribitol
Riboflavina
FAD
Ribose
Nicotinamida
ADP
NAD+
7
AAss ccooeennzziimmaass NNAADD++ ee FFAADD ssããoo mmuuiittaass vveezzeess vviissttaass ccoommoo
mmoollééccuullaass ttrraannssppoorrttaaddoorraass ddee eelleeccttrrõõeess..
OOuuttrraa mmoollééccuullaa iimmppoorrttaannttee nneessttaa vviiaa ccaattaabbóólliiccaa ccoommuumm éé aa
ccooeennzziimmaa AA ((CCoo AA)),, aa qquuaall éé uummaa mmoollééccuullaa ttrraannssppoorrttaaddoorraa
ddee uumm ggrruuppoo aacceettiilloo..
AA ccooeennzziimmaa AA ttaammbbéémm ccoonnttéémm AADDPP,, oo qquuaall eessttáá
lliiggaaddoo aaoo áácciiddoo ppaannttoottéénniiccoo ((uummaa ddaass ffoorrmmuullaass
eessttrruuttuurraaiiss ddaa vviittaammiinnaa BB))
CoA S C CH3
O
Ligação de elevada energia
COO-
C
CH3
O C
CH3
OS CoAHS-CoA
NAD+
NADH
CO2
RReeaaccççõõeess ddoo cciicclloo ddoo áácciiddoo ccííttrriiccoo O ciclo do ácido cítrico também conhecido por ciclo de Krebbs ou dos ácidos tricarboxílicos é constituído por 8 passos: 1ª reacção: enzima citrato sintase
C
CH3
S CoAHS-CoA
H2O
+OC
COO-
CH2
COO-
HO C COO-
CH2
COO-
CH2
COO-
O
Esta é a única reacção do ciclo do ácido cítrico na qual há formação de uma ligação C-C.
Piruvato Acetil CoA
Piruvato desidrogenase
Acetil CoA Oxaloacetato Citrato
Citrato sintase
∆G’º=-32,2 kJ/mol
C
C
OS CoA
HH H
AsP CO-
O
C
C
OS CoA
HH
C
C
OS CoA
HH
carbanião
2ª reacção: enzima aconitase
H2O
HO CC COO-
H2C COO-
H2O
C COO-
CCOO-
CH2
COO-
H
H2O
H2O
H C COO-
CHCOO-
CH2
COO-
HO
COO-
HH
3ª reacção: enzima isocitrato desidrogenase
NAD(P)+
NAD(P)H+H+
HC COO-
C
COO-
CH2
COO-
H C COO-
CHCOO-
CH2
COO-
HO O
CO2
CH2
C
COO-
CH2
COO-
OH+
aconitase aconitase
Citrato Cis-Aconitato 2R-3S-Isocitrato
Isocitrato desidrogenase
2R-3S-Isocitrato Oxalo
succinato α-cetoglutarato
Isocitrato desidrogenase
∆G’º=13,3 kJ/mol
∆G’º=-20,9 kJ/mol
4ª reacção: enzima α-cetoglutarato desidrogenase
CH2
C
COO-
CH2
COO-
O HS-CoACO2
NAD+NADH
CH2
C
S-CoA
CH2
COO-
O
5ª reacção: enzima succinil-CoA sintase
H2C
COO-
CH2
COO-HS-CoA
GDP+PiCH2
C
S-CoA
CH2
COO-
O
GTP
α-cetoglutarato desidrogenase
α-cetoglutarato Succinil CoA
Succinil CoA sintase
Succinil CoA Succinato
∆G’º=-33,5 kJ/mol
∆G’º=-2,9 kJ/mol
P
O-
O- O
OH
CH2
C
S-CoA
CH2
COO-
ON
NH
HS-CoA HS-CoA
P
O
O- O
O-
CH2
C
CH2
COO-
O
N
NH
H+
H+-O
CH2
C
CH2
COO-
O
P
O
O-
O-N
NH+
GDP+H+
GTP
GTP
GDP+H+
N
NH
His
His
His
His
6ª reacção: enzima succinato desidrogenase
H2C
COO-
CH2
COO-
FADFADH2
HC
COO-
CHCOO-
Succinato desidrogenase
Succinato Fumarato
∆G’º=0 kJ/mol
2
1
3
4
7ª reacção: enzima fumarase
HC
COO-
CHCOO- H2O
HC
COO-
CHCOO-
HOH
8ª reacção: enzima L-Malato desidrogenase
H2C
COO-
CCOO-
HC
COO-
CCOO-
HOH
NAD+NADH + H+
OH
Fumarase
Fumarato L-Malato
∆G’º=-3,8 kJ/mol
Malato desidrogenase
L-Malato Oxaloacetato
∆G’º=29,7 kJ/mol
CCoommoo éé qquuee oo cciicclloo ddoo áácciiddoo ccííttrriiccoo lleevvaa àà pprroodduuççããoo ddee eenneerrggiiaa??
Numa das etapas há formação de uma molécula de
elevada energia (GTP) e noutras duas há conversão
de NAD+ em NADH e FAD em FADH2.
Estas coenzimas transportam H+ e electrões
(potencial redutor) que podem num processo
subsequente ser utilizadas para a síntese de ATP.
O ciclo para oxidação do acetato para além de
maximizar a conservação da energia obtida,
proporciona ainda materiais de partida para a
síntese de aminoácidos e proporciona um
excelente método para regulação da velocidade
das reacções catalíticas.
Reacção representativa da totalidade das reacções
do ciclo do ácido cítrico:
CH3COOH + 2H2O + 3NAD+ + FAD ⇌ 2CO2 +
3NADH + FADH2 + 3H+
O ciclo do ácido cítrico é controlado por um
mecanismo de feedback
Quando alguns dos produtos formados (ATP e
NADH) são acumulados, observa-se a inibição de
algumas enzimas do ciclo: citrato sintase, isocitrato
desidrogenase, α-cetoglutarato desidrogenase.
Quando a acetil-CoA é abundante, a velocidade do
ciclo é aumentada, sendo a enzima isocitrato
desidrogenase estimulada por ADP e NAD+.
FFoossffoorriillaaççããoo ooxxiiddaattiivvaa
As coenzimas reduzidas (NADH e FADH2) são
produtos finais do ciclo do ácido cítrico, que podem
reduzir o oxigénio a água:
4H+ + 4e- + O2 → 2H2O
Esta reacção altamente exotérmica é realizada em
diversas etapas, de forma a maximizar-se a
conservação da energia libertada.
A transferência dos electrões até ao oxigénio faz-se
através de várias enzimas de acordo com uma
determinada sequência.
São bombeados 6H+ por cada NADH oxidado e 4H+
por cada FADH2 oxidado.
Fosforilação e a bomba quimiosmótica
Peter Mitchell em 1961 formulou a teoria quimiosmotica: a energia obtida da transferência de electrões é conservada na formação de um gradiente de protões. A força motora que leva a que ocorra um movimento espontâneo de iões das regiões de maior concentração para as de menor concentração leva a que os iões retornem à matriz através de uma enzima transmembranar denominada por ATPase/ATPsintase (complexo V). Esta enzima catalisa a conversão de ADP em ATP:
ADP + Pi ⇄ ATP + H2O
Equações globais da fosforilação oxidativa
NADH+3ADP+½O2+3Pi+H+→NAD++3ATP+H2O
FADH2+2ADP+½O2+2Pi→FAD+2ATP+H2O
Rendimento energético
A energia libertada na cadeia transportadora de
electrões é conservada na molécula de ATP.
Por cada 2 protões que entram na matriz
mitocondrial ocorre a produção de uma molécula de
ATP.
Por cada grupo acetilo que entra no ciclo do ácido
cítrico são obtidos 3 NADH e 1 FADH2 mais 1 GTP.
3NADH x 3ATP/NADH = 9 ATP
1FADH2 x 2ATP/FADH2 = 2 ATP
1GTP = 1 ATP
12 ATP
C2+2O2+12ADP+12Pi → 12ATP + 2CO2