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)