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Professora Priscila F Binatto
Citologia - Maio/2015
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CAP. 9 “METABOLISMO ENERGÉTICO: RESPIRAÇÃO AERÓBIA E FERMENTAÇÃO”
• Mitocôndrias
• Organização Morfológica
• Função
• Respiração Celular
• Cloroplastos
• Organização Morfológica
• Função
• Fotossíntese
Organelas Produtoras de energia
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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
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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
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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
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Obtenção de nutrientes pelos seres vivos
• Autótrofos
Realização de fotossíntese
• Heterótrofos
Obtenção da glicose pronta a partir de
outra fonte
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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
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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
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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
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Respiração aeróbia: modificação
mais profunda da glicose
• Glicólise
• Ciclo de Krebs
• Fosforilação Oxidativa (cadeia transportadora de elétrons)
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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.
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Glicólise
A equação não está balanceada e mostra apenas os
principais reagentes e produtos.
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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 +
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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
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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
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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
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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.
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Cadeia respiratória (Cadeia transportadora de elétrons)
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Produção de ATP
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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
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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
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Onde ocorre a fotossíntese?
• Nos organismos mais simples (cianobactérias)
Hialoplasma
• Nas células eucarióticas
Cloroplastos
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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
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Fotossíntese: Esquema Geral
3
2
4
1
luz
6H2O + 6CO2 -> 6O2 + C6H12O6
clorofila
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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
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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
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Fotofosforilação cíclica
aceptor de
elétrons
clorofila aceptor de
elétrons
citocromos
luz ATP ADP
e-
e-
e-
e-
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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
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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
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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.
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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.
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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).
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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
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Comparação fotossíntese e respiração
energia
luminosa
fotossíntese
cloroplasto
glicose
oxigênio
água
respiração
mitocôndria
trabalho
celular
gás
carbônico
ATP
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CO2 + 2 H20 + luz (CH2O) + H20 + O2
clorofila
Bactérias fazem fotossíntese?
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Bactérias fazem quimiossíntese?
(CH2O) + H20 + 2 S
bacterioclorofila CO2 + 2 H2S + luz
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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”
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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?
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ANIMAÇÕES
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