Biologia e Bioquímica II 2009/2010 Módulo II - Mitocôndria Sessão 6 – Ficha de trabalho 1. Qual a importância energética da glicólise se no balanço final só há produção de 2 ATP e 2 NADH, por cada molécula de glicose que é oxidada? A glicólise inicia o processo de oxidação da glicose, com remoção de electrões ricos em energia (que são transportados pelo NADH), e produz outro efeito importante: transforma uma molécula de 6 carbonos (glicose) em duas moléculas de 3 carbonos (piruvato), permitindo que estas entrem na mitocôndria e sejam totalmente oxidadas pelo ciclo de Krebs para obtenção de mais electrões ricos em energia (produzindo mais NADH e FADH2). Esses electrões, através da fosforilação oxidativa, irão permitir a obtenção de uma grande quantidade de ATP. 2. Dois microrganismos, X e Y, mantidos em meio de cultura e condições adequadas, receberam a mesma quantidade de glicose como único substrato energético. Após terem consumido toda a glicose fornecida, verificou-se que o microrganismo X produziu cerca de 18 vezes mais energia sob a forma de ATP do que o Y. Considerando estas informações, que diferença metabólica justifica o ocorrido? Após a glicólise, o piruvato pode ser oxidado por via aeróbica (ciclo de Krebs + fosforilação oxidativa) ou por via anaeróbica (fermentação). No primeiro caso, o rendimento energético por molécula de glicose é de 36 ou 38 ATP, enquanto na fermentação é apenas de 2 ATP (que se obtiveram na glicólise), ou seja, cerca de 18 vezes inferior. A diferença metabólica entre os 2 microrganismos é a seguinte: microrganismo X: oxidação aeróbica da glicose (ou respiração celular) microrganismo Y: fermentação [ver este esquema para entender o que acontece na fermentação] 3. Quantas voltas no ciclo de Krebs são necessárias para transformar os 6 carbonos da glicose em CO2? No final da glicólise, os 2 piruvatos (3C) ainda mantêm os 6 carbonos da glicose. Ao entrar na mitocôndria, cada piruvato (3C) forma acetil-CoA (2C) e liberta uma molécula de CO2 (1C). Por fim, os 2 carbonos da acetil-CoA são também libertados na forma de CO2 no ciclo de Krebs. Como a glicose origina 2 piruvatos, são necessários 2 ciclos de Krebs. 4. O esquema seguinte representa a respiração celular. Os rectângulos 1, 2 e 3 correspondem a vias metabólicas e as setas 4 e 5 correspondem a substâncias de alto valor energético, derivadas das vias em causa. a. Indique a que número corresponde cada um dos seguintes conceitos (coloque 0 quando não houver correspondência entre o conceito e o esquema): ATP ___ 5 Cadeia transportadora de electrões ___ 3 0 ADP ___ FAD ___ 0 Ciclo de Krebs ___ 2 Oxidação do piruvato ___ 0 Glicólise ___ 1 NADH ___ 4 b. Em que compartimento(s) celular(es) ocorrem as vias 1, 2 e 3? 1 – citosol | 2 – matriz mitocondrial | 3 – membrana interna da mitocôndria (cristas mitocondriais) 1 5. Complete o esquema seguinte indicando na figura onde colocaria os seguintes termos: Acetil-CoA Cadeia transportadora de electrões Capilar sanguíneo Ciclo de Krebs Citoplasma Glicólise Glicose Membrana plasmática Mitocôndria Oxigénio. Capilar sanguíneo Oxigénio Glicólise Ciclo de Krebs Acetil-CoA Cadeia transp. de electrões Mitocôndria Glicose Membrana plasmática Citoplasma 6. Considerando a oxidação aeróbica completa de uma molécula de glicose, indique a que valores (número de moléculas de ATP) correspondem as letras A a D. A: 4 | B: 2 | C: 2 | D: 34 Estrutura Formado Citosol Mitocôndria ATP Gasto A B Matriz C - Membrana interna D 36 ATP 38 Saldo 7. Por que é que diferentes tipos celulares diferem no número máximo de ATPs produzidos por molécula de glicose aerobicamente oxidada? Quais são esses números máximos? Os 2 NADH produzidos na glicólise encontram-se no citosol. Como a membrana interna da mitocôndria é impermeável ao NADH, este não pode passar directamente para o seu interior. Assim, para que os electrões que os NADH “carregam” possam participar na cadeia transportadora de electrões e produzir espaço citosol matriz intermembranar mitocondrial ATP (na fosforilação oxidativa), eles terão de ser transferidos para o interior da mitocôndria. Acontece que os electrões desses NADH podem ser transferidos por 2 sistemas diferentes: o sistema ‘malato-aspartato’ e o sistema ‘glicerol-3-fosfato’. O sistema usado será o que estiver disponível na mitocôndria, e isso varia com o tipo de célula. Se for usado o sistema ‘malato-aspartato’, o NADH oxida-se e promove a formação de outro NADH na matriz mitocondrial. Esse NADH irá gerar a formação de 3 ATP. Se for usado o sistema ‘glicerol-3-fosfato’ a oxidação do NADH promove, desta vez, a formação de FADH2 na matriz mitocondrial. Esse FADH2 irá então gerar apenas 2 ATP. Então, os 2 NADH da glicólise podem potenciar a formação de 6 ATP ou 4 ATP (correspondentes a 2 FADH2 gerados). Resumindo: 2 NADH → sistema ‘malato-aspartato’ → 2 NADH → 6 ATP → TOTAL de 38 ATP 2 NADH → sistema ‘glicerol-3-fosfato’ → 2 FADH2 → 4 ATP → TOTAL de 36 ATP 2 NADH NADH NAD+ NADH NAD+ Mal. Asp. NAD+ NADH 3 ATP FAD FADH 2 2 ATP 8. Quantas moléculas de ATP são produzidas com a oxidação completa até CO2 e H2O de um ácido gordo saturado contendo 12 carbonos? Justifique. Os ácidos gordos são degradados pelo processo de beta-oxidação, em que o ácido reage associado à CoA, formando acil-CoA. Por cada beta-oxidação forma-se 1 acetil-CoA, 1 NADH e 1 FADH2. Em cada beta-oxidação, a cadeia do ácido gordo é diminuída em 2 carbonos, que correspondem à formação de 1 acetil-CoA. Este processo é espiral, ou seja, a beta-oxidação de ác. gordo de 12C origina um ác. gordo de 10C que é novamente “beta-oxidado” para um ác. gordo de 8C… etc. A espiral termina quando o ác. gordo de 4C origina 2 acetil-CoA, ou quando o ác. gordo de 5C origina 1 acetil-CoA e um resíduo com 3C, o qual já não é “beta-oxidado”. Para o caso dado, pode-se esquematizar da seguinte forma: 12 2 10 2 5 beta-oxidações… 8 2 5 NADH 5 FADH2 6 2 Cálculos: beta-oxidação 4 2 ciclo de Krebs 5 NADH 5 FADH2 6 acetil-CoA (63) 18 NADH (61) 6 FADH2 (61) 6 ATP 2 fosf. oxidativa somatório (53) 15 ATP (52) 10 ATP (183) 54 ATP (62) 12 ATP 15 ATP 10ATP 54 ATP 12 ATP 6 ATP 97 ATP 6 acetil-CoA 9. Compare em termos de rendimento energético, a degradação total de uma molécula de um ácido gordo com 18 carbonos e a degradação de três moléculas de glicose. Se 1 molécula de glicose produz 38 ATP (ou 36 ATP), 3 moléculas de glicose produzem: 3 38 ATP (36 ATP) = 114 ATP (108 ATP) Para degradar totalmente um ácido gordo de 18 carbonos são efectuadas 8 beta-oxidações (fazer esquema semelhante ao anterior). São produzidos: 8 NADH 8 FADH2 9 acetil-CoA Cálculos: beta-oxidação 8 NADH 8 FADH2 9 acetil-CoA ciclo de Krebs (93) 27 NADH (91) 9 FADH2 (91) 9 ATP fosf. oxidativa somatório (83) 24 ATP (82) 16 ATP (273) 81 ATP (92) 18 ATP 24 ATP 16 ATP 81 ATP 18 ATP 9 ATP 148 ATP Conclusão: para o mesmo número total de átomos de carbono, as moléculas de glicose produzem menos ATP através da respiração celular do que as moléculas de ácidos gordos. 10. Defina fosforilação oxidativa. O que é fosforilado? O que é oxidado? A fosforilação oxidativa é o processo levado a cabo na membrana interna das mitocôndrias que tem como objectivo a produção de ATP a partir de um gradiente intermembranar de iões H+ gerado pela oxidação de coenzimas numa cadeia transportadora de electrões. Fosforilado: ADP Oxidado: NADH e FADH2 11. Qual a função e onde se localiza a ATP sintetase (ou F1F0-ATPase)? A ATP sintetase situa-se na membrana interna das mitocôndrias e a sua função é permitir a passagem de iões H+ do espaço intermembranar para a matriz mitocondrial, aproveitando a energia gerada por esse fluxo para produzir ATP. 3 12. Seleccione para cada questão, a alínea mais correcta: a. A fosforilação da glucose a glucose-6-P serve para: a) impedir a entrada excessiva de água na célula b) impedir a saída de glucose da célula c) impedir a saída excessiva de água da célula d) tornar a glucose mais fácil de degradar b. Numa célula eucariótica as enzimas responsáveis pelo ciclo de Krebs localizam-se: a) na membrana interna da mitocôndria b) no citoplasma c) na matriz mitocondrial d) no espaço intermembranar c. O piruvato entra no ciclo de Krebs depois de ser convertido em a) acetaldeído b) lactato c) etanol d) acetil-CoA d. Em condições aeróbicas, as células eucarióticas podem usar ______________ para produzir energia: a) ácidos gordos b) alanina c) glucose d) ácidos gordos e glucose f) ácidos gordos e alanina g) glucose e alanina h) ácidos gordos, glucose e alanina e. Numa célula eucariótica as proteínas responsáveis pela cadeia transportadora de electrões localizam-se: a) na membrana interna da mitocôndria b) no citosol c) na membrana externa da mitocôndria d) no espaço intermembranar f. A energia libertada da glucose durante a respiração celular, mas não utilizada para formar ATP pode ser detectada sob a forma de: a) H2O b) CO2 c) movimento d) calor 4 g. Na cadeia transportadora de electrões, tudo o que se segue é verdade EXCEPTO a) A oxidação de uma molécula de NADH origina cerca de três ATP b) A transferência electrónica é geralmente acompanhada de transferência de iões H+ da matriz mitocondrial para o espaço intermembranar c) A ubiquinona transfere electrões do complexo I para o complexo III d) Produz-se ATP quando ocorre fluxo de H+ da matriz mitocondrial para o espaço intermembranar através do complexo ATPase h. A fosforilação do ADP é uma reacção: a) de decomposição b) de hidrólise c) endoenergética d) exoenergética. 5
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