Em formação

8.2: Respiração celular - Biologia


objetivos de aprendizado

  • Compare e contraste a localização e função do sistema de transporte de elétrons em uma célula procariótica e uma célula eucariótica
  • Compare e contraste as diferenças entre o nível de substrato e a fosforilação oxidativa
  • Explique a relação entre quimiosmose e força motriz de prótons
  • Descrever a função e localização da ATP sintase em uma célula procariótica versus eucariótica
  • Compare e contraste a respiração aeróbia e anaeróbia

Acabamos de discutir duas vias no catabolismo da glicose - glicólise e o ciclo de Krebs - que geram ATP por fosforilação em nível de substrato. A maior parte do ATP, entretanto, é gerada durante um processo separado denominado fosforilação oxidativa, que ocorre durante a respiração celular. A respiração celular começa quando os elétrons são transferidos do NADH e FADH2- feito na glicólise, a reação de transição e o ciclo de Krebs - por meio de uma série de reações químicas até um aceptor de elétrons inorgânico final (oxigênio na respiração aeróbica ou moléculas inorgânicas não-oxigênio na respiração anaeróbica). Essas transferências de elétrons ocorrem na parte interna da membrana celular das células procarióticas ou em complexos protéicos especializados na membrana interna da mitocôndria das células eucarióticas. A energia dos elétrons é coletada para gerar um gradiente eletroquímico através da membrana, que é usado para fazer ATP por fosforilação oxidativa.

Sistema de transporte de elétrons

O sistema de transporte de elétrons (ETS) é o último componente envolvido no processo de respiração celular; compreende uma série de complexos de proteínas associados à membrana e portadores de elétrons acessórios móveis associados. O transporte de elétrons é uma série de reações químicas que se assemelha a uma brigada de balde em que os elétrons de NADH e FADH2 são passados ​​rapidamente de um portador de elétrons ETS para o próximo. Esses portadores podem passar elétrons ao longo do ETS por causa de seu potencial redox. Para que uma proteína ou substância química aceite elétrons, ela deve ter um potencial redox mais positivo do que o doador de elétrons. Portanto, os elétrons se movem de portadores de elétrons com potencial redox mais negativo para aqueles com potencial redox mais positivo. As quatro classes principais de transportadores de elétrons envolvidos nos sistemas de transporte de elétrons eucarióticos e procarióticos são os citocromos, flavoproteínas, proteínas ferro-enxofre e quinonas.

Na respiração aeróbica, o aceptor final de elétrons (ou seja, aquele que tem o potencial redox mais positivo) no final do ETS é uma molécula de oxigênio (O2) que se torna reduzido a água (H2O) pela transportadora ETS final. Este transportador de elétrons, a citocromo oxidase, difere entre os tipos de bactérias e pode ser usado para diferenciar bactérias intimamente relacionadas para diagnósticos. Por exemplo, o oportunista gram-negativo Pseudomonas aeruginosa e o Gram-negativo causador de cólera Vibrio cholerae usam citocromo c oxidase, que pode ser detectado pelo teste da oxidase, enquanto outras Enterobacteriaceae gram-negativas, como E. coli, são negativos para este teste porque produzem diferentes tipos de citocromo oxidase.

Existem muitas circunstâncias em que a respiração aeróbica não é possível, incluindo qualquer um ou mais dos seguintes:

  • A célula carece de genes que codificam uma oxidase de citocromo apropriada para a transferência de elétrons para o oxigênio no final do sistema de transporte de elétrons.
  • A célula carece de genes que codificam enzimas para minimizar os efeitos severamente prejudiciais dos perigosos radicais de oxigênio produzidos durante a respiração aeróbica, como o peróxido de hidrogênio (H2O2) ou superóxido (O2-). (O2-).
  • A célula carece de uma quantidade suficiente de oxigênio para realizar a respiração aeróbica.

Uma alternativa possível para a respiração aeróbica é a respiração anaeróbica, usando uma molécula inorgânica diferente do oxigênio como um aceptor final de elétrons. Existem muitos tipos de respiração anaeróbica encontrados em bactérias e arqueas. Os desnitrificadores são bactérias importantes do solo que usam nitrato (NO3-) (NO3-) e nitrito (NO2-) (NO2-) como aceptores finais de elétrons, produzindo gás nitrogênio (N2) Muitas bactérias que respiram aerobicamente, incluindo E. coli, mude para o uso de nitrato como um aceptor final de elétrons e produção de nitrito quando os níveis de oxigênio forem reduzidos.

Micróbios que usam respiração anaeróbica geralmente têm um ciclo de Krebs intacto, então esses organismos podem acessar a energia do NADH e do FADH2 moléculas formadas. No entanto, respiradores anaeróbios usam portadores ETS alterados codificados por seus genomas, incluindo complexos distintos para transferência de elétrons para seus aceptores finais de elétrons. Gradientes eletroquímicos menores são gerados a partir desses sistemas de transferência de elétrons, de modo que menos ATP é formado por meio da respiração anaeróbica.

Exercício ( PageIndex {1} )

A respiração aeróbia e a respiração anaeróbica usam uma cadeia de transporte de elétrons?

Quimiosmose, Força Motora de Prótons e Fosforilação Oxidativa

Em cada transferência de um elétron através do ETS, o elétron perde energia, mas com algumas transferências, a energia é armazenada como energia potencial usando-a para bombear íons de hidrogênio (H+) através de uma membrana. Em células procarióticas, H+ é bombeado para fora da membrana citoplasmática (chamada de espaço periplasmático em bactérias gram-negativas e gram-positivas), e em células eucarióticas, eles são bombeados da matriz mitocondrial através da membrana mitocondrial interna para o espaço intermembranar. Há uma distribuição desigual de H+ através da membrana que estabelece um gradiente eletroquímico porque H+ Os íons são carregados positivamente (elétricos) e há uma concentração mais alta (química) em um lado da membrana. Este gradiente eletroquímico formado pelo acúmulo de H+ (também conhecido como próton) em um lado da membrana em comparação com o outro é referido como a força motriz do próton (PMF). Porque os íons envolvidos são H+, um gradiente de pH também é estabelecido, com o lado da membrana tendo a maior concentração de H+ sendo mais ácido. Além do uso do PMF para fazer ATP, conforme discutido neste capítulo, o PMF também pode ser usado para conduzir outros processos energeticamente desfavoráveis, incluindo transporte de nutrientes e rotação de flagelos para motilidade.

A energia potencial deste gradiente eletroquímico gerado pelo ETS faz com que o H+ para se difundir através de uma membrana (a membrana plasmática nas células procarióticas e a membrana interna nas mitocôndrias nas células eucarióticas). Este fluxo de íons de hidrogênio através da membrana, chamado quimiosmose, deve ocorrer através de um canal na membrana por meio de um complexo enzimático ligado à membrana chamado ATP sintase (Figura ( PageIndex {1} )). A tendência para o movimento desta forma é muito parecida com a água acumulada em um lado de uma barragem, movendo-se através da barragem quando aberta. A ATP sintase (como uma combinação da entrada e do gerador de uma barragem hidrelétrica) é uma proteína complexa que atua como um minúsculo gerador, girando pela força do H+ difundindo-se através da enzima, descendo seu gradiente eletroquímico de onde há muitos H que se repelem mutuamente+ para onde há menos H+. Em células procarióticas, H+ flui de fora da membrana citoplasmática para o citoplasma, enquanto na mitocôndria eucariótica, H+ flui do espaço intermembranar para a matriz mitocondrial. O giro das partes desta máquina molecular regenera ATP a partir de ADP e fosfato inorgânico (Peu) por fosforilação oxidativa, um segundo mecanismo para fazer ATP que coleta a energia potencial armazenada em um gradiente eletroquímico.

O número de moléculas de ATP geradas a partir do catabolismo da glicose varia. Por exemplo, o número de íons de hidrogênio que os complexos do sistema de transporte de elétrons podem bombear através da membrana varia entre as diferentes espécies de organismos. Na respiração aeróbia nas mitocôndrias, a passagem de elétrons de uma molécula de NADH gera força motriz de prótons suficiente para fazer três moléculas de ATP por fosforilação oxidativa, enquanto a passagem de elétrons de uma molécula de FADH2 gera força motriz de prótons suficiente para fazer apenas duas moléculas de ATP. Assim, as 10 moléculas de NADH feitas por glicose durante a glicólise, a reação de transição e o ciclo de Krebs carregam energia suficiente para fazer 30 moléculas de ATP, enquanto os dois FADH2 moléculas feitas por glicose durante esses processos fornecem energia suficiente para fazer quatro moléculas de ATP. No geral, o rendimento máximo teórico de ATP obtido durante a respiração aeróbica completa de glicose é de 38 moléculas, com quatro sendo feitas por fosforilação em nível de substrato e 34 sendo feitas por fosforilação oxidativa (Figura ( PageIndex {2} )). Na realidade, o rendimento total de ATP é geralmente menor, variando de uma a 34 moléculas de ATP, dependendo se a célula está usando respiração aeróbia ou respiração anaeróbica; nas células eucarióticas, alguma energia é gasta para transportar intermediários do citoplasma para a mitocôndria, afetando a produção de ATP.

A Figura ( PageIndex {2} ) resume os rendimentos máximos teóricos de ATP de vários processos durante a respiração aeróbica completa de uma molécula de glicose.

Exercício ( PageIndex {1} )

Quais são as funções da força motriz do próton?

Resumo

  • A maior parte do ATP gerado durante a respiração celular da glicose é feita por fosforilação oxidativa.
  • Um sistema de transporte de elétrons (ETS) é composto de uma série de complexos de proteínas associados à membrana e portadores de elétrons acessórios móveis associados. O ETS está embutido na membrana citoplasmática dos procariotos e na membrana mitocondrial interna dos eucariotos.
  • Cada complexo ETS tem um potencial redox diferente, e os elétrons se movem de portadores de elétrons com potencial redox mais negativo para aqueles com potencial redox mais positivo.
  • Para realizar respiração aeróbica, uma célula requer oxigênio como o aceptor final de elétrons. Uma célula também precisa de um ciclo de Krebs completo, uma citocromo oxidase apropriada e enzimas de desintoxicação de oxigênio para prevenir os efeitos prejudiciais dos radicais de oxigênio produzidos durante a respiração aeróbica.
  • Organismos atuando respiração anaeróbica usar transportadores alternativos do sistema de transporte de elétrons para a transferência final de elétrons para os aceitadores finais de elétrons não-oxigênio.
  • Micróbios apresentam grande variação na composição de seus sistemas de transporte de elétrons, que podem ser usados ​​para fins diagnósticos para ajudar a identificar certos patógenos.
  • Conforme os elétrons são passados ​​de NADH e FADH2 por meio de um ETS, o elétron perde energia. Esta energia é armazenada através do bombeamento de H+ através da membrana, gerando um força motriz de prótons.
  • A energia desta força motriz do próton pode ser aproveitada permitindo que os íons de hidrogênio se difundam de volta através da membrana por quimiosmose usando ATP sintase. À medida que os íons de hidrogênio se difundem ao longo de seu gradiente eletroquímico, os componentes da ATP sintase giram, formando ATP a partir de ADP e Peu por fosforilação oxidativa.
  • A respiração aeróbica forma mais ATP (um máximo de 34 moléculas de ATP) durante a fosforilação oxidativa do que a respiração anaeróbica (entre uma e 32 moléculas de ATP).

Múltipla escolha

Qual é a localização dos sistemas de transporte de elétrons em procariontes?

A. a membrana mitocondrial externa
B. o citoplasma
C. a membrana mitocondrial interna
D. a membrana citoplasmática

D

Qual é a fonte de energia usada para fazer ATP por fosforilação oxidativa?

A. oxigênio
B. ligações de fosfato de alta energia
C. a força motriz do próton
D. Peu

C

Uma célula pode realizar respiração anaeróbica por qual dos seguintes motivos?

A. Falta glicose para degradação.
B. Não tem a reação de transição para converter o piruvato em acetil-CoA.
C. Não tem enzimas do ciclo de Krebs para processar acetil-CoA em CO2.
D. Falta uma citocromo oxidase para passar elétrons para o oxigênio.

D

Em procariontes, qual das afirmações a seguir é verdadeira?

A. À medida que os elétrons são transferidos por meio de um ETS, H+ é bombeado para fora da célula.
B. À medida que os elétrons são transferidos por meio de um ETS, H+ é bombeado para a célula.
C. Conforme os prótons são transferidos através de um ETS, os elétrons são bombeados para fora da célula.
D. Conforme os prótons são transferidos por meio de um ETS, os elétrons são bombeados para a célula.

UMA

Qual das alternativas a seguir não é um portador de elétrons em um sistema de transporte de elétrons?

A. flavoproteína
B. ATP sintase
C. ubiquinona
D. citocromo oxidase

B

Preencher a lacuna

O complexo ETS final usado na respiração aeróbica que transfere elétrons esgotados de energia para o oxigênio para formar H2O é chamado de ________.

citocromo oxidase

A passagem de íons de hidrogênio através de ________ para baixo em seu gradiente eletroquímico aproveita a energia necessária para a síntese de ATP por fosforilação oxidativa.

ATP sintase

Verdadeiro falso

Todos os organismos que usam respiração celular aeróbica possuem citocromo oxidase.

Verdade

Resposta curta

Qual é a relação entre quimiosmose e a força motriz do próton?

Como a fosforilação oxidativa difere da fosforilação em nível de substrato?

Como a localização da ATP sintase difere entre procariotos e eucariotos? Onde os prótons se acumulam como resultado do ETS em cada tipo de célula?


8.2: Respiração celular - Biologia

Agenda :
1) Atividade da Web Food - Parte 1 e 2

Agenda :
1) Discuta a atividade Kaibab Deer
2) Artigo Lone Wolf
3) Como o lobo muda os rios (5 min)
4) Tópico 4.2: Fluxo de energia
5) Vídeo clipe de ecossistemas do oceano profundo (15 min)

Agenda :
1) Notas sobre o Tópico 4.1
2) Atividade de Ecologia de Veados Kaibab

HW:
1) Concluir a atividade Kaibab

Agenda :
1) Exame de Tópicos 5.1-5.4 e 10.3

Agenda :
1) Exame sobre os tópicos 5.1-5.4 e 10.3
2) Quando terminar, comece a ler o Tópico 4: Ecologia

Agenda :
1) Revisão dos Tópicos 5.1-5.4 e 10.3

Agenda :
1) Observa a discussão sobre Cladística

Agenda :
1) Observa a discussão no Gene Pool

Agenda :
1) Simulação de Hardy Weinberg

Agenda :
Exame nos Tópicos 3, 10.1 e 10.2 Exame

Agenda :
Exame nos Tópicos 3, 10.1 e 10.2 Exame

Agenda :
Exame nos Tópicos 3, 10.1 e 10.2 Exame

Agenda :
1) Revisão para o exame dos Tópicos 3, 10.1 e 10.2

Agenda :
1) Revisão para o exame dos Tópicos 3, 10.1 e 10.2

Agenda :
1) Simulação em didesoxinucleotídeos
2) Concluir notas sobre o tópico 3.5

Agenda :
1) Notas sobre o Tópico 3.5

Agenda :
1) Colheita do medo concluída

Agenda :
1) PP de genes vinculados
2) Problemas de prática
3) Comece a colheita do medo

Agenda :
1) Notas sobre o pedigree
2) Exemplos de pedigree
3) Meu próprio avô

Agenda :
1) Análise Diíbrida Cruzada e Qui Quadrada: Laboratório de Milho

Agenda :
1) Análise Dihíbrida Cruzada e Qui Quadrada: Laboratório de Milho

Agenda :
1) Notas Genéticas e Quadrados Punnet
2) Pacote de genética do Bob Esponja

Agenda :
1) Concluir 3.2 Cromossomos e cariótipo
2) Comece a meiose com vídeo
3) Esboce diagramas de mitose e meiose
4) CrossOver WS BZ

Agenda :
1) Concluir meiose com vídeo

Agenda :
1) Concluir 3.2 Cromossomos e cariótipo
2) Comece a meiose com vídeo
3) Esboce diagramas de mitose e meiose
4) CrossOver WS BZ

Agenda :
1) Analise o pedido de anemia falciforme
2) Continue 3.2 Cromossomos
3)

Agenda :
1) Exames de devolução
2) Comparando banco de dados de genes
3) Comparando a atividade dos genes (página 144)
4) Perguntas baseadas em dados (página 145)
3) Comece 3.1 Genes (talvez)

Agenda :
1) Comece 3.1 Genes
2) Comparando banco de dados de genes
3) Comparando a atividade dos genes (página 144)
4) Perguntas baseadas em dados (página 145)

A seguir: Genética (17 de janeiro)

A seguir: Genética (17 de janeiro)

Agenda :
1) Exame de respiração e fotossíntese celular

A seguir: Genética (17 de janeiro)

Agenda :
1) Revisão da Respiração Celular e Fotossíntese

A seguir: Genética (17 de janeiro)

Agenda :
1) Revisão da Respiração Celular e Fotossíntese
2) Concluir Lanterna
3) Comece a redação do laboratório de fotossíntese

A seguir: Genética (17 de janeiro)

Agenda :
1) Configuração do laboratório de fotossíntese

A seguir: Genética (17 de janeiro)

Agenda :
1) Projeto de laboratório de fotossíntese

A seguir: Genética (17 de janeiro)

Agenda :
1) Respiração celular X-Word
2) Comece o projeto do laboratório de fotossíntese

A seguir: Genética (17 de janeiro)

Agenda :
1) Notas de respiração celular
2) Diagrama de Respiração Celular

A seguir: Genética (17 de janeiro)

Agenda :
1) Notas de respiração celular
2) Diagrama de Respiração Celular

Agenda :
1) Fatores que afetam a fotossíntese e o X-Word
2) Vídeo de entrada e saída de energia: Ciclos de Vida

A seguir:
8.2 Respiração celular

Agenda :
1) Retorno 2.7, 7.1, 7.2, 7.3 Exames
2) Reação independente de luz
3) Anjo que grita (parte inferior

A seguir:
8.2 Respiração celular

Agenda :
1) Reação Dependente de Luz
2) Anjo gritando (topo)

A seguir:
8.3 Fotossíntese

Agenda :
1) Tópico 8.1 Metabolismo
2) Tópico 2.9 Introdução à fotossíntese

A seguir:
8.3 Fotossíntese

Agenda :
1) Tópico 8.1 Metabolismo
2) Tópico 2.9 Introdução à fotossíntese

A seguir:
8.3 Fotossíntese

A seguir:
2.9, 8.1 Metabolismo e 8.3 Fotossíntese

Agenda :
1) Concluir a Tradução do Tópico 2.7 e 7.3
2) Condon Bingo

A seguir:
Tradução 2.7 e 7.2

Agenda :
1) Concluir o documentário "Ghost within your Genes"
2) Tradução do Tópico 2.7 e 7.3

A seguir:
2.7 e 7.3 Tradução

Agenda :
1) Concluir a transcrição do Tópico 2.7 e 7.2
2) Documentário "Ghost within your Genes"

A seguir:
Transcrição 2.7 e 7.2

Agenda :
1) Transcrição do Tópico 2.7 e 7.2

A seguir:
Transcrição 2.7 e 7.2

Agenda :
1) Retornar Tópico 2.1-2.6 Exame
2) Questionário de replicação de DNA

A seguir:
Transcrição 2.8 e 7.2

Agenda :
1) Notas sobre Replicação 2.7 e 7.1
2) Rotular e anotar a replicação do DNA

A seguir:
2.7 e 7.1 Replicação
2.7 e 7.1 Tecnologia de DNA

Agenda :
1) Tópico 2.1-2.6 Exame

A seguir:
2.7 e 7.1 Replicação

Agenda :
1) Continue 2.6
2) Cole uma molécula de DNA (recortes)

  • Adicionar e rotular as ligações H e ligações covalentes
  • Numere carbonos em desoxirribose
  • Circule um nucleotídeo e rotule os 3 componentes
  • Certifique-se de que o diagrama seja antiparalelo
  • Identifique a "espinha dorsal" da molécula de DNA
  • Etiqueta 5 'e 3' inicial termina

A seguir:
Revisão para exame em 2.1-2.6

Agenda :
1) Discuta os dados da enzima
2) Estrutura de DNA e RNA 2.6 e 7.1 (pequena porção)

A seguir:
2.6 Estrutura de DNA e RNA (páginas 105-110)

Agenda :
1) Conduzir Laboratório de Enzimas

A seguir:
2.6 Estrutura de DNA e RNA (páginas 105-110)
7.1 Estrutura do DNA (páginas 343-348)

Agenda :
1) Laboratório de Enzimas de Projeto

Agenda :
1) Escreva o histórico e o laboratório de enzimas

Agenda :
1) Aula de Power Point vs Completa
2) Discussão de enzimas
3) Modelos de enzimas

4) Demonstrar o aparelho de laboratório de enzimas
5) Laboratório de Enzimas de Projeto

A seguir:
Ainda Enzima

Agenda :
1) Imagem de carboidratos
2) Prefixo de distribuição e folha de sufixos
3) Discussão de Proteína
4) Desnaturação do albume (páginas 92-93)

A seguir:
2,5 Enzimas (páginas 96-105)

Agenda :
1) Revise os mapas conceituais e macromoléculas
2) Notas de propriedade da água
3) Demonstrações da propriedade da água
4) Atividade de competição de gotas de centavo
5) Vitalismo (tópico 2.1)

A seguir:
2.4 Proteínas (páginas 87-95)

Agenda :
1) Discussão da peroxidase
2) Mapa de conceito da macromolécula

A seguir:
2.2 Água (páginas 68-72)

Agenda :
1) 2.1 Moléculas para o metabolismo
2) Guarda-chuva de macromolécula

A seguir:
2.1 Moléculas para o metabolismo (páginas 61-67)

Agenda :
1) Investigação da ponta da raiz da cebola

A seguir:
2.1 Moléculas para o metabolismo (páginas 61-67)

Agenda:
1) Concluir 1.6 Divisão celular

A seguir:
2.1 Moléculas para o metabolismo (páginas 61-67)

Agenda:
1) Lembrete do Laboratório de Osmose - Devida em 1º de outubro
2) Teoria Endossimbiótica do Tópico 1.5 Origens da discussão das células
3) Apresentar a Teoria Endossimbiótica 1.6 Divisão celular
4) Preencher a folha de notas interativas sobre a divisão celular


A seguir:
1.6 Divisão celular (páginas 55-59)

datas
Nível central / superior

quinta-feira
25 de setembro
Avaliação (exame) tópicos 1.1, 1.2 e 1.3 (40 minutos)
1.5 As origens das células

Agenda:
1) Esclarecimento da investigação de osmose. Vencimento em 1º de outubro (10 minutos)
2) Discuta o exame nos Tópicos 1.1, 1.2 e 1.3 (30 minutos)
3) Tópico 1.5 Origens da discussão das células (40 minutos)

A seguir:
1.5 As origens das células (páginas 51-54)
1.6 Divisão celular (páginas 51-55)

datas
Nível central / superior

Segunda-feira
22 de setembro
Avaliação (exame) tópicos 1.1, 1.2 e 1.3 (40 minutos)

Agenda:
1) Exame sobre os Tópicos 1.1, 1.2 e 1.3 (40 minutos)
2) Laboratório de Difusão e Osmose
3) Tópico 1.5 Origens da discussão das células

A seguir:
1.5 As origens das células (páginas 51--54)

Agenda:
1) Observações e análise de dados para o Laboratório de Difusão e Osmose
2) Represente graficamente os dados processados ​​(médias de classe)

A seguir:
1.5 As origens das células (páginas 45-50)

Agenda:
1) Transporte de membrana
2) Configurar o laboratório de difusão e osmose

A seguir:
1.4 Transporte de membrana (páginas 33-44)

Agenda:
1) Compare o modelo de membrana celular Singer e Davson
2) Área de superfície / discussão de volume
3) Atividade SA / V com cubos de ágar

A seguir:
1) 1.4 Transporte de membrana (páginas 33-44)
2) Laboratório de Difusão e Osmose


Assista o vídeo: Respiração Celular - Parte 2 - Ciclo de Krebs - Prof. Paulo Jubilut (Dezembro 2021).