quarta-feira, 7 de junho de 2017

Recarregando a pilha: três processos de fosforilação. ATP sintase.

Recarregando a pilha: três processos de fosforilação

O ATP, a moeda energética da célula, libera energia para os processos biológicos ao ser hidrolizado em ADP +Pi . Assim, o ADP deve ser fosforilado novamente a ATP para que a célula possa desempenhar seus processos.
Existem 3 processos de fosforilação: em nível do substrato, fosforilação oxidativa e fotofosforilação.


1) Fosforilação em nível de substrato: O ATP é gerado por transferencia de grupo fosfato de um substrato ao ADP:


Um exemplo de fosforilação em nível de substrato ocorre na Glicólise e Ciclo de Krebs. A glicólise apresenta 10 reações , esquematizadas abaixo. Preste atenção apenas nas reações numeradas em 7 e 10, em azul:


Nas reações 7 (formação de ácido 3 fosfoglicérico ) e 10 (formação de ácido pirúvico), moléculas fosforiladas doam seu fosfato para o ADP, gerando ATP:

Formação de ácido 3 fosfoglicérico: 

Formação de ácido pirúvico:

Outro exemplo de fosforilação em nível de substrato  ocorre quando a fosfocreatina doa fosfato para o ADP, reciclando rapidamente o ATP:

Essa fosfocreatina é gerada no descanso, quando há um excedente de ATP. Observe o GIF abaixo. No descanso ("rest"), o excedente de ATP transfere fosfatos formando fosfocreatina. No exercicio, a fosfocreatina transfere fosfatos para o ADP, reciclando rapidamente o ATP:


2) Fosforilação oxidativa: ocorrem uma série de reações de oxiredução durante a respiração, envolvendo um aceptor final de hidrogênios inorgânico, que pode ser o  O2,  na respiração aeróbica, ou nitrato (NO3-), nitrito (NO2-) ou sulfato (SO2-) no caso da respiração anaeróbica.

Nessa processo é fundamental uma cadeia transportadora de elétrons. No caso, o oxigênio é o aceptor final de elétrons e prótons:




A cadeia transportadora de eletrons bombeia protons para uma região da mitocondria, que retornam  por uma proteina chamada ATP sintase. A energia desse retorno é usada para fosforilar do ADP em ATP.

Em resumo:


veja o vídeo sobre a fosforilação oxidativa:



3)Fotofosforilação: processo de formação de ATP  usando-se como energia  a luz. Ocorre na fase clara, a primeira fase da fotossíntese. Posteriormente, na fase escura, esses ATPs são hidrolisados em ADP +P fornecendo energia para formação da glicose.
O processo é parecido, em parte , com a fosforilação oxidativa. Elétrons doados pela clorofila serão transferidos por uma cadeia transportadora...


...essa cadeia transportadora bombeia protons para certo espaço do cloroplasto, que retornam por uma proteina ATP sintase, que utiliza a energia desse retorno para a formação de ATP:




Em um GIF bem rapidinho: a luz estimula a transferencia e com isso o fluxo de elétrons (da esquerda para direita). Ao fim, o fluxo de protons pela ATP sintase forma ATP ( em vermelho, bem rápido, a direita): via GIPHY


Veja o vídeo sobre fotofosforilação:


Assim, tanto a fosforilação oxidativa quanto a fotofosforilação existe a participação de cadeia transportadora de elétrons e de ATP sintase, que, como o nome revela, é o local da formação do ATP. São, assim, atividades que dependem de membranas, já que citocromos e ATP sintases são proteínas inclusas nas membranas, seja as cristas mitocondriais ou membrana plasmática de bactérias aeróbicas ( no caso da respiração) ou tilacóides ou membranas plasmáticas de cianobactérias (no caso da fotossíntese).


O fluxo de H+ pela ATP sintase fornece energia para a formação do ATP:


Resumo: O ATP é a moeda energetica para os processos biológicos, usado para os trabalhos da célula.  Fosforilação em nivel do substrato, fosforilação oxidativa e fotofosforilação oxidativa são os processos pelos quais a célula produz ATP

Questões:

1Muitas bactérias aeróbicas apresentam um mecanismo de geração de ATP parecido com o que é encontrado em células eucariotas. O esquema abaixo mostra a localização, nas bactérias aeróbicas, da cadeia respiratória, da enzima ATP-sintase e das etapas do metabolismo energético da glicose. 

A) Cite em que estruturas se localizam, nas células eucariotas, os elementos indicados na legenda do esquema apresentado.
B) Admita que a bactéria considerada seja aeróbica facultativa e que, em anaerobiose, produza ácido lático. Nessas condições, explique o processo de geração de ATP e de produção de ácido lático.


2)(UFV) Observe o esquema abaixo, em que foram atribuídos cinco processos (I, II,III, IV e V) para os quais a energia deve ser distribuída. Entretanto, esses processos podem, ou não, estar corretamente indicados conforme o “gasto” de energia.
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Estão corretamente indicados apenas os seguintes processos:
a) I, II, III e V.
b) III, IV e V.
c) I, II, III e IV.
d) II, IV e V.
e) I, II e V.
3)UNICENTRO) A figura apresentada ilustra:
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a) A ação da enzima ATP-sintase a partir da passagem de prótons pelo seu interior, durante a fosforilação oxidativa.
b) A passagem gradativa de elétrons durante a sua transferência na cadeia transportadora até o seu aceptor final.
c) O acúmulo de prótons H+ no espaço intermembrana devido à acidificação por meio da liberação de ácido láctico proveniente da fermentação.
d) O transporte de elétrons pelo complexo fotossintético de antena, levando à síntese de ATP dirigida pela captação da energia luminosa.
e) A produção direta de ATP a partir da degradação de acetil coenzima A a ácido oxalacético.

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Respostas:
1)a) Cadeia respiratória: membrana interna da mitocôndria ATP-sintase: membrana interna da mitocôndria Ciclo de Krebs: matriz mitocondrial Glicólise: citosol 
b) Em anaerobiose, a geração de ATP será exclusivamente feita durante a glicólise, já que a cadeia respiratória e, conseqüentemente, o ciclo de Krebs estarão inativos. Para que haja continuidade na atividade glicolítica, é preciso que o NADH produzido seja reoxidado a NAD+ , o que é possível por meio da redução do ácido pirúvico formado na glicólise em ácido lático.
2.c 3.a

Para saber Mais:
Fases Claras e Escura da fotossíntese
Nucleotídeos e metabolismo energético: NAD, FAD, NADP e ATP
ATP: moeda energética da célula
Termoquímica 

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