Obtenção de Energia

Fermentação e Respiração Aeróbia

Biologia e Geologia – Prof. Nuno Meia-Onça

Catabolismo – Produção de ATP

• As vias catabólicas visam a produção de ATP por fosforilação do ADP

A degradação de compostos orgânicos implica reações de:

• Descarboxilação – perda de um átomo de carbono, na forma de CO₂, que se liberta para o meio.
• Oxidação – perda de eletrões, que serão recebidos por transportadores de eletrões – NAD+ e/ou FAD .

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Catabolismo – Produção de ATP

As vias catabólicas são classificadas de acordo com os aceitadores finais dos eletrões que resultam da oxidação dos compostos orgânicos

Compostos Inorgânicos

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Catabolismo – Produção de ATP

As vias catabólicas são classificadas de acordo com os aceitadores finais dos eletrões que resultam da oxidação dos compostos orgânicos

Compostos Orgânicos

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Catabolismo – Produção de ATP

As vias catabólicas são classificadas de acordo com os aceitadores finais dos eletrões que resultam da oxidação dos compostos orgânicos

Eucariontes (animais e plantas) e alguns procariontes.

Alguns procariontes.

Alguns procariontes (E. Coli) Leveduras (Saccharomyces cerevisiae).

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TRANSFORMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA PELOS SERES VIVOS

FERMENTAÇÃO

• A utilização da fermentação na produção de alimentos data de há 10000 anos, sendo usada na produção de pão e bebidas alcoólicas.
• Existem diversos tipos de fermentação como a fermentação láctica, alcoólica, acética, … que diferem na transformação do piruvato.
• A origem das bolhas de CO₂ libertadas na fermentação alcoólica foi esclarecida por Pasteur no século XIX.
• A fermentação é uma via catabólica para a obtenção de energia na ausência de oxigénio.

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TRANSFORMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA PELOS SERES VIVOS

FERMENTAÇÃO

• Os processos de fermentação envolvem conjuntos de reações enzimáticas que ocorrem no citoplasma:
• Glicólise – ocorre a degradação da glicose em ácido pirúvico;
• Redução do Piruvato – conduz à formação dos produtos de fermentação.

Glicose

Piruvato

Produtos da fermentação

Glicólise

Redução do Piruvato

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TRANSFORMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA PELOS SERES VIVOS

• Etapa comum à respiração celular.
• Ocorre no citoplasma.
• Todas as etapas são catalisadas por diferentes enzimas.
• Está dividida em três fases:

Fase de ativação – é fornecida energia à molécula da glicose pela hidrólise de duas moléculas de ATP, para que se torne quimicamente ativa e se dê início à sua degradação.

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Fase de separação – separação em duas moléculas de gliceraldeído-3-fosfato (G3P), uma triose (C3).

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Fase de rendimento – as trioses sofrem fosforilação (ligação a um grupo fosfato) e oxidação (cedem eletrões para o NAD+, que passa a NADH). Algumas destas reações são exoenergéticas, permitindo formar quatro moléculas de ATP por cada molécula de glicose inicial. No final resultam moléculas de piruvato (C3).

Fase de ativação

Fase de separação

Fase de rendimento

FERMENTAÇÃO: Glicólise

Oxidação

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TRANSFORMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA PELOS SERES VIVOS

FERMENTAÇÃO: Glicólise

• Por cada molécula de glicose que sofre oxidação no citosol formam-se:
• 2 moléculas de NADH.
• 2 moléculas de ATP (apesar de se formarem quatro moléculas de ATP, há um consumo inicial de duas moléculas de ATP para ativar a degradação da glicose);
• 2 moléculas de piruvato;

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TRANSFORMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA PELOS SERES VIVOS

FERMENTAÇÃO: Redução do Piruvato

• O piruvato, é reduzido pelo NADH a lactato.
• Por cada molécula de glicose formam-se 2 moléculas de ATP (balanço final) e 2 moléculas de lactato.
• Este processo é realizado por fungos e bactérias, é utilizado na indústria de laticínios para produzir iogurte e queijo.
• Ocorre também em células musculares, quando privadas de oxigénio numa situação de esforço.

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Fermentação lática

Oxidação

Redução

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TRANSFORMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA PELOS SERES VIVOS

• Realizada por leveduras em situação de anaerobiose (sem oxigénio).
• O piruvato sofre descarboxilação, com libertação de dióxido de carbono, e o composto formado (acetaldeído) é posteriormente reduzido a etanol.
• Por cada molécula de glicose formam-se 2 moléculas de dióxido de carbono e 2 de etanol.
• A fermentação alcoólica é usada para a produção de bebidas alcoólicas (vinho e cerveja) e de pão.

FERMENTAÇÃO: Redução do Piruvato

Fermentação Alcoólica

Oxidação

Redução

Descarboxilação

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FERMENTAÇÃO: Redução do Piruvato

Glicose

Piruvato

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TRANSFORMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA PELOS SERES VIVOS

RESPIRAÇÃO AERÓBIA

• Ocorre a oxidação completa da molécula de glicose, na presença de oxigénio.
• A respiração aeróbica pode usar outros substratos como lípidos e proteínas, sendo que estes são convertidos em compostos intermediários do processo.
• É uma via catabólica, catalisada por diferentes enzimas
• A equação geral da respiração aeróbia é:

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TRANSFORMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA PELOS SERES VIVOS

RESPIRAÇÃO AERÓBIA

• Realizada por seres procariontes e eucariontes. Nestes últimos o processo ocorre parcialmente no interior das mitocôndrias.

• A mitocôndria é revestida por duas membranas. A membrana interna possui invaginações – cristas mitocondriais.
• Entre as membranas existe o espaço intermembranar.
• O espaço interior da mitocôndria designa-se matriz, é composto por uma solução aquosa de enzimas, glicose, transportadores de eletrões, ATP, ADP, grupos fosfato e outras moléculas indispensáveis para a respiração aeróbia.

Ultra estrutura da mitocôndria

• Na matriz da mitocôndria também se encontram ribossomas e DNA, cuja função é a síntese de proteínas indispensáveis para a degradação oxidativa da glicose.

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RESPIRAÇÃO AERÓBIA

• Esta via metabólica consta de quatro etapas: glicólise, oxidação do piruvato (formação de acetil-CoA), ciclo de Krebs, ou ciclo do ácido cítrico, e fosforilação oxidativa.

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RESPIRAÇÃO AERÓBIA: Glicólise

• Igual à fermentação, ocorre no citoplasma.

• Por cada molécula de glicose que sofre oxidação no citosol formam-se:
• 2 moléculas de NADH.
• 2 moléculas de ATP (apesar de se formarem quatro moléculas de ATP, há um consumo inicial de duas moléculas de ATP para ativar a degradação da glicose);
• 2 moléculas de piruvato;

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TRANSFORMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA PELOS SERES VIVOS

RESPIRAÇÃO AERÓBIA: Oxidação do Piruvato/Formação de acetil-CoA

• Na presença de oxigénio, o piruvato formado no final da glicólise é transportado do citosol para a matriz mitocondrial, onde sofre uma descarboxilação, é oxidado e ligado à coenzima A (CoA), formando-se acetil-coenzima A (acetil-CoA).

Oxidação

Descarboxilação

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TRANSFORMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA PELOS SERES VIVOS

RESPIRAÇÃO AERÓBIA: Ciclo de Krebs

• O ciclo de Krebs, ou do citrato, ocorre na matriz da mitocôndria.
• Neste ciclo de reações, cada molécula de acetil CoA é completamente oxidada e descarboxilada a dióxido de carbono.
• Destacam-se enzimas descarboxilases (catalisam as descarboxilações) e as desidrogenases (catalisam as reações de oxidação-redução que conduzem à redução de transportadores de protões e eletrões, como o NAD⁺ e o FAD).

Descarboxilação

Oxidação

Oxidação

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TRANSFORMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA PELOS SERES VIVOS

RESPIRAÇÃO AERÓBIA: Ciclo de Krebs

• Cada molécula de glicose origina duas moléculas de Acetil-CoA, logo, para que uma molécula de glicose seja totalmente oxidada, as reações do ciclo de Krebs têm de ocorrer duas vezes, formando-se um total de:
• 6 moléculas de NADH
• 2 moléculas de FADH₂
• 2 moléculas de ATP
• 4 moléculas de CO₂

X 2

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TRANSFORMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA PELOS SERES VIVOS

RESPIRAÇÃO AERÓBIA: Fosforilação oxidativa (cadeia respiratória)

• Os transportadores de eletrões, NADH e FADH₂ resultantes do ciclo de Krebs, são oxidados, por transferência de eletrões para uma cadeia de proteínas nas cristas mitocondriais.
• Os eletrões provenientes dos transportadores de eletrões são encaminhados para o oxigénio – aceitador final de eletrões. Ao receber os eletrões, o oxigénio combina-se com o hidrogénio, formando água.
• O fluxo de protões é usado para transferir protões H⁺ para o espaço intermembranar, criando-se um gradiente de protões.
• O fluxo de protões, através de ATPsintetases, liberta energia que é utilizada para fosforilar ADP em ATP.

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Na glicólise há produção de 4 ATP, mas, como houve um gasto de 2 ATP na fase de ativação, o ganho e de apenas 2 ATP.

De acordo com o processo de transferência de eletrões do NADH para a matriz da mitocôndria.

TRANSFORMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA PELOS SERES VIVOS

RESPIRAÇÃO AERÓBIA: Balanço energético

Máximo por glicose: cerca de 30 ou 32 ATP

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TRANSFORMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA PELOS SERES VIVOS

RESPIRAÇÃO AERÓBICA: Rendimento energético

Percentagem da energia disponível na molécula de glicose obtida a partir da Respiração Aeróbica

Rendimento de um motor de combustão

20–40%

Rendimento de um motor elétrico

70–80%

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TRANSFORMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA PELOS SERES VIVOS

FERMENTAÇÃO vs Respiração

Mitocôndria

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TRANSFORMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA PELOS SERES VIVOS

Comparação entre a respiração aeróbia e a fermentação

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