Apresentação Bioenergética: respiração celular
A respiração celular é o processo de oxidação completa de biomoléculas de alta energia em CO2 e H2O. Envolve a geração de elétrons com alto potencial de transferência através do ciclo do ácido cítrico e seu fluxo através da cadeia de transporte de elétrons, o que acaba levando à fosforilação oxidativa. Na respiração celular, ocorre o consumo de oxigênio e a produção de dióxido de carbono. Este processo é muito eficiente na extração de energia das biomoléculas e na produção de ATP (trifosfato de adenosina), garantindo que ele forneça suporte energético para todas as funções do nosso corpo. Nesta unidade de aprendizagem, você entenderá como ocorre a respiração celular, como funciona o ciclo do ácido cítrico e qual é o seu objetivo principal. Você também aprenderá sobre a organização da cadeia de transporte de elétrons e a formação de gradientes eletroquímicos, essenciais para a última etapa da respiração celular (fosforilação oxidativa).
Objetivo de aprendizagem :
- Definir a função da respiração celular e seus objetivos.
- Explicar os processos e produtos relacionados ao ciclo do ácido cítrico.
- Identificar o objetivo e o mecanismo do transporte de elétrons na cadeia respiratória e na fosforilação oxidativa.
Infográfico
A respiração celular é um processo aeróbico pelo qual as biomoléculas podem ser totalmente oxidadas. Dessa forma, ela apresenta alta eficiência no que se refere à extração e à produção de energia. É justamente a respiração celular que confere ao nosso organismo capacidade para a produção de toda a quantidade de energia necessária para suprir a sua demanda.
Neste Infográfico, você poderá comparar os processos de catabolismo anaeróbico e aeróbico (respiração celular) da glicose e o rendimento energético de cada sistema.
Conteúdo do Livro
A respiração celular é o processo responsável pela produção da maior parte do ATP necessário para a realização das nossas funções. Ela está organizada em três etapas: degradação das biomoléculas até acetil-CoA, oxidação do acetil-CoA pelo ciclo do ácido cítrico e fosforilação oxidativa.
O ciclo do ácido cítrico é o principal responsável por fornecer os elétrons que movem a cadeia respiratória. Por meio do fluxo de elétrons na cadeia transportadora, a força próton-motriz é gerada, e assim a fosforilação do ADP em ATP, pela enzima ATP-sintase, pode ocorrer.
Na obra Bioquímica aplicada, base teórica desta Unidade de Aprendizagem, leia o capítulo Bioenergética: respiração celular (ciclo do ácido cítrico, cadeia transportadora de elétrons e fosforilação oxidativa), no qual você vai compreender como o ciclo do ácido cítrico ocorre, além de identificar como a cadeia transportadora de elétrons está organizada e como a fosforilação oxidativa ocorre.
Dica do Professor
A cadeia transportadora de elétrons é peça-chave na fosforilação oxidativa. Ela é responsável por conservar a energia proveniente dos elétrons das coenzimas reduzidas na forma de gradiente eletroquímico entre os compartimentos mitocondriais. É justamente a energia contida nesse gradiente que é utilizada pela enzima ATP-sintase para a fosforilação do ADP.
Nesta Dica do Professor, você vai aprender um pouco mais sobre o modo como a cadeia transportadora de elétrons está organizada e como ocorre o seu acoplamento com a enzima ATP-sintase.
Exercícios
1. A respiração celular envolve três etapas: catabolismo de biomoléculas, ciclo do ácido cítrico e fosforilação oxidativa. Sobre a respiração celular, assinale a alternativa correta:
A.
As biomoléculas são degradadas até um intermediário comum, o acetil-CoA, substrato para o ciclo do ácido cítrico.
B.
O ciclo do ácido cítrico conduz a degradação do oxaloacetato até CO2.
C.
A cadeia transportadora de elétrons conduz os prótons extraídos das coenzimas NADH e FADH2 até o oxigênio molecular.
D.
O ciclo do ácido cítrico e a fosforilação oxidativa são processos que ocorrem na matriz das mitocôndrias.
E.
O oxigênio molecular é necessário para a respiração celular, pois atua como cofator da enzima ATP-sintase, responsável pela fosforilação oxidativa.
2. O ciclo do ácido cítrico é uma via muito importante para o nosso organismo, pois compõe a respiração celular. Sobre essa via metabólica, é correto afirmar:
A.
O ciclo do ácido cítrico ocasiona a oxidação total do acetil-CoA e utiliza a energia liberada nessas reações para a produção direta de grande quantidade de ATP.
B.
O ciclo do ácido cítrico realiza a degradação total do acetil-CoA em duas moléculas de CO2, sendo considerado uma via estritamente catabólica.
C.
Um dos principais objetivos do ciclo do ácido cítrico é a redução de coenzimas NAD+ e FAD+, para que possam ser utilizadas na cadeia transportadora de elétrons.
D.
O ciclo do ácido cítrico é composto por oito reações químicas e é considerado uma via cíclica, pois seu intermediário citrato é regenerado ao longo das reações.
E.
A atividade do ciclo do ácido cítrico é aumentada quando a relação [ATP]/[ADP][Pi] encontra-se aumentada.
3. A cadeia transportadora de elétrons é extremamente importante para o metabolismo aeróbico, pois provê energia para que a fosforilação oxidativa ocorra. Sobre a cadeia transportadora de elétrons, podemos afirmar:
A.
O fluxo de elétrons pela cadeia transportadora gera gradiente eletroquímico entre os compartimentos mitocondriais, fazendo com que a matriz mitocondrial fique mais positiva e o espaço intermembrana, mais negativo.
B.
A cadeia transportadora de elétrons é formada por quatro complexos enzimáticos localizados na matriz mitocondrial, que têm por finalidade extrair os elétrons das coenzimas NADH e FADH2.
C.
O fluxo de elétrons na cadeia transportadora ocorre em direção aos complexos enzimáticos com menor potencial de redução.
D.
A cadeia transportadora de elétrons tem como função transferir os elétrons gerados no ciclo do ácido cítrico até o oxigênio molecular, na enzima ATP-sintase, possibilitando a fosforilação oxidativa.
E.
A cadeia transportadora de elétrons mantém a energia extraída das coenzimas NADH e FADH2 na forma do gradiente de prótons existente entre a matriz mitocondrial e o espaço intermembrana.
4. A cadeia transportadora de elétrons, organizada em quatro complexos enzimáticos, é crucial para a síntese de ATP, por meio da fosforilação oxidativa. Sobre a organização da cadeia de transportes, está correta a alternativa:
A.
Com exceção do complexo II, que também faz parte do ciclo do ácido cítrico, todos os carregadores da cadeia de transporte de elétrons estão inseridos na membrana mitocondrial interna.
B.
O complexo I atua transferindo elétrons do FADH2 para a coenzima ubiquinona, também chamada coenzima Q.
C.
O complexo III atua na transferência de elétrons da coenzima Q para o citocromo c. Ao mesmo tempo, ele bombeia 4 H+ para o espaço intermembrana a cada par de elétrons transferido.
D.
O complexo IV é o último complexo da cadeia transportadora de elétrons e atua como canal para a passagem de prótons de volta à matriz mitocondrial.
E.
A coenzima Q tem estrutura pequena e hidrofóbica, que permite que ela se difunda pela membrana mitocondrial interna. Ela carrega os elétrons do complexo III para o complexo IV.
5. A ATP-sintase é a enzima responsável pela etapa final da respiração celular, a fosforilação oxidativa. Sobre essa enzima, é correto afirmar:
A.
Ela apresenta dois domínios funcionais, F1 e Fo. O domínio F1 atua como poro para a passagem de prótons, enquanto o domínio Fo apresenta atividade catalítica.
B.
A sua atividade é induzida quando a relação [ATP]/[ADP].[Pi] está aumentada.
C.
As proteínas desacopladoras, como por exemplo a termogenina, causam o desacoplamento da cadeia transportadora de elétrons e da fosforilação oxidativa, fornecendo via alternativa para a produção de ATP.
D.
A ATP-sintase converte a energia disponível na força próton-motriz em fosforilação do ADP.
E.
A redução da concentração de ADP ocasiona o aumento da atividade do domínio F1 da enzima.
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