A aula aborda a continuação do estudo do metabolismo da glicose, focando no destino do piruvato e na produção de energia (ATP).
É detalhada a glicólise no citosol, a produção de piruvato e o gasto/ganho de ATP e NAD.
O destino do piruvato é determinado pela concentração de oxigênio, levando a duas vias: fermentação láctica no citosol (anaeróbica) ou entrada na mitocôndria (aeróbica).
Em condições aeróbicas, o piruvato entra na mitocôndria, sendo convertido em acetil-CoA e alimentando o Ciclo do Ácido Cítrico (Ciclo de Krebs).
O Ciclo de Krebs produz NADH, FADH2, CO2 e um pouco de ATP/GTP, sendo crucial para a geração de carreadores de elétrons.
O NAD e o FAD são explicados como coenzimas que capturam elétrons, prevenindo a formação de radicais livres.
A Cadeia Transportadora de Elétrons, que ocorre na membrana mitocondrial interna, utiliza os elétrons do NADH e FADH2 para bombear prótons.
O oxigênio atua como aceptor final de elétrons, essencial para o funcionamento da cadeia.
O gradiente de prótons resultante é utilizado pela ATP sintase para sintetizar grandes quantidades de ATP, através da força próton-motriz.
Outras macromoléculas, como proteínas e lipídios, também são integradas nessas vias metabólicas para a produção de energia.
Introdução da Aula
Nome da Professora: Camila.
Data da Aula ao Vivo: 10 de setembro de 2025 (penúltima quarta-feira).
Formato: Aula Ao Vivo.
Assunto Principal: Continuação do metabolismo da glicose, com foco no destino do piruvato e nas etapas aeróbicas da produção de ATP.
Tópicos Relacionados: UniCesumar, nutrição.
Próximos Encontros Mencionados: Um encontro na segunda-feira com o Let's Talk e a última aula na quarta-feira seguinte.
Contexto e Revisão da Glicólise
Glicólise (Primeiro Passo da Produção de Energia)
A glicose que está no meio extracelular entra na célula via proteína transportadora de glicose (glúte) na membrana.
A glicose possui seis carbonos e entra no citosol.
No citosol, a glicose é oxidada e quebrada em duas moléculas de piruvato através de 10 reações químicas.
Fase de Gasto de ATP (primeiras cinco reações):
Um gasto de ATP na reação 1.
Um gasto de ATP na reação 2.
A reação 5 divide a molécula de seis carbonos em duas moléculas de três carbonos: gliceraldeído 3 fosfato ou di-hidroxicetona fosfato.
Custo total de dois ATPs.
Fase de Ganho (últimas cinco reações):
Envolve as reações 6, 7, 8, 9 e 10.
Ganhos importantes de ATPs e da molécula de NAD.
Ao final da reação 10, forma-se o piruvato (ou ácido pirúvico).
Saldo Final da Glicólise: Multiplicado por dois após a divisão das moléculas de três carbonos, resultando em um saldo positivo.
Objetivo da Glicose: Converter a energia da oxidação/hidrólise da glicose na molécula energética ATP.
A glicólise ocorre no citosol e é o primeiro passo de três na produção de ATP.
Cada uma das 10 reações químicas é catalisada por uma enzima diferente.
No final da glicólise, além dos ATPs e NAD, tem-se o piruvato.
Destino do Piruvato
O piruvato pode ter dois destinos diferentes:
Continuar no citosol.
Entrar na mitocôndria.
Estrutura da Mitocôndria (revisão):
Membrana mitocondrial externa (MME).
Membrana mitocondrial interna (MMI) com reentrâncias chamadas cristas mitocondriais.
Espaço intermembrana (EIM).
Matriz (M).
Fator Determinante: A concentração de oxigênio.
Oxigênio atmosférico entra no organismo pela inspiração, passa pelas vias aéreas, alcança os alvéolos pulmonares, entra nos capilares sanguíneos, volta ao coração e atinge todos os tecidos.
Condições Aeróbicas
Definição: Boas, altas ou normais concentrações de oxigênio.
Destino do Piruvato: O piruvato entra na matriz mitocondrial.
Próximas Etapas: Fosforilação oxidativa e ciclo do ácido cítrico (também chamado de cadeia transportadora de elétrons e ciclo de Krebs).
Condições Anaeróbicas
Definição: Baixas concentrações de oxigênio (o oxigênio é um fator limitante).
Destino do Piruvato: O piruvato permanece no citosol.
Necessidade de Energia: A célula precisa inevitavelmente de energia (ATP) independentemente da concentração de oxigênio.
Síntese de ATP no Citosol: É uma produção baixa, mas "melhor pouco do que nada".
Situações Pontuais de Anaerobiose:
Atividade física intensa (uso elevado de oxigênio pelo músculo, exemplo da professora Camila andando de bicicleta e fazendo exercícios, corrida).
Obstrução nos vasos sanguíneos, impedindo a chegada de sangue e, consequentemente, oxigênio a um tecido (ex: obstrução em artéria que irriga o coração ou o pulmão).
Normalmente, os tecidos não permanecem em anaerobiose por muito tempo.
Patologias Associadas à Anaerobiose Prolongada:
Infarto agudo do miocárdio.
Infarto pulmonar (morte do tecido por falta prolongada de oxigênio).
Mecanismo Anaeróbico no Citosol (Fermentação Lática):
Enzima lactato desidrogenase (LDH) presente no citosol.
Esta enzima funciona adequadamente no citosol.
A LDH converte o piruvato em lactato (ou ácido lático).
Produção de dois ATPs.
Acúmulo de lactato na fáscia muscular (miofibrilas) causa dor (ex: dor muscular no dia seguinte após atividade física).
Ciclo do Ácido Cítrico (Ciclo de Krebs)
Início e Reações
Ocorrência: Na matriz mitocondrial, em condições aeróbicas.
Segunda Etapa: Após a glicólise.
Formação de Acetil-CoA: O piruvato, ao alcançar a matriz mitocondrial, associa-se à coenzima A para formar acetil-CoA.
O acetil-CoA entra em uma sequência cíclica de oito reações químicas diferentes.
Os oito intermediários do ciclo fazem as reações acontecerem de maneira cíclica.
Partindo da glicose/piruvato, o acetil-CoA participa da primeira reação.
Primeira Reação: Síntese da molécula de citrato.
Intermediários do Ciclo (em sequência):
Citrato é convertido a isocitrato.
Isocitrato é convertido a alfacetoglutarato.
Alfacetoglutarato é convertido a sucinil-CoA.
Sucinil-CoA é convertido a succinato.
Succinatos é convertido a fumarato.
Fumarato é convertido a malato.
Malato é convertido em oxalacetato.
O oxalacetato pega outro acetil-CoA para produzir citrato novamente, continuando o ciclo.
Cada reação química é catalisada por uma enzima diferente.
Enzimas do Ciclo de Krebs (Citrato Sintase, Aconitase, etc.)
Acetil-CoA e oxalacetato, sob ação da enzima citrato sintase, produzem citrato.
A enzima aconitase produz isocitrato a partir do citrato.
A isocitrato desidrogenase sintetiza alfacetoglutarato a partir do isocitrato.
A alfacetoglutarato desidrogenase sintetiza sucinil-CoA a partir do alfacetoglutarato.
A succinato-CoA sintase produz succinato a partir do sucinil-CoA.
A succinato desidrogenase sintetiza fumarato a partir do succinato.
A fumarase produz malato a partir do fumarato.
A malato desidrogenase sintetiza oxalacetato, que fica disponível para a citrato sintase.
Qualquer um dos oito componentes (intermediários) pode alimentar o ciclo (ex: alfacetoglutarato pode vir da oxidação da glutamina, um aminoácido liberado na degradação de proteínas).
Intermediários: Cada produto de cada reação catalisada por uma enzima (ex: citrato, isocitrato, alfacetoglutarato, sucinil-CoA, succinato).
Produtos do Ciclo de Krebs
NAD: Produzido em quatro pontos.
FAD: Produzido na conversão de succinato a fumarato.
CO2 (Gás Carbônico):
Produzido na conversão de isocitrato a alfacetoglutarato.
Produzido na conversão de alfacetoglutarato a sucinil-CoA.
O CO2 sai da mitocôndria, da célula, alcança o meio extracelular, o vaso sanguíneo, é levado ao alvéolo pulmonar e é expirado durante a troca gasosa.
ATP (ou GTP): Um ATP (ou GTP) produzido na conversão de sucinil-CoA a succinato.
Cálculo Baseado em Uma Molécula de Glicose:
Uma molécula de glicose é desmembrada em dois piruvatos na glicólise.
Dois piruvatos são convertidos em dois acetil-CoAs na mitocôndria.
Portanto, os resultados do ciclo são dobrados.
Síntese de seis NADs.
Síntese de dois FADs.
Síntese de dois GTPs (ou ATPs).
O Papel do NAD e FAD
NAD (Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo): Uma coenzima utilizada nas reações químicas.
FAD: Molécula muito semelhante ao NAD, com função similar.
Estados:
NAD oxidado: Sem elétron e hidrogênio.
NAD reduzido: Com elétron e hidrogênio (NAD + H + 2 elétrons -> NADH).
Função Essencial: Capturar elétrons liberados nas reações (do ciclo do ácido cítrico e da glicólise).
Importância: Elétrons livres não podem ficar soltos na mitocôndria ou na célula.
Perigo dos Elétrons Livres: Formam radicais livres, que degradam a maquinaria celular e podem levar à morte da célula.
Exemplos de Captura:
Na conversão de isocitrato a alfacetoglutarato, o NAD captura o elétron.
Na conversão de alfacetoglutarato a sucinil-CoA, o NAD captura o elétron.
Na conversão de succinato a fumarato, o FAD captura o elétron.
Na conversão de malato a oxalacetato, o NAD captura o elétron.
Destino do NAD e FAD: Precisam usar esses elétrons para a síntese de ATP, o que será visto na cadeia transportadora de elétrons.
O ciclo do ácido cítrico é essencial para a produção de NAD e FAD.
Cadeia Transportadora de Elétrons
Componentes e Localização
Terceiro e Último Passo da produção de ATP.
Localização: Membrana mitocondrial interna (que possui cristas).
O ciclo de Krebs ocorre na matriz mitocondrial.
Complexos Proteicos Fixos na Membrana Mitocondrial Interna:
Complexo I: NADH desidrogenase.
Complexo II: Succinato desidrogenase.
Complexo III: Citocromo redutase.
Complexo IV: Citocromo oxidase.
Moléculas Móveis:
Ubiquinona (Q): Consegue movimentar-se entre os complexos, não fica fixa na membrana.
Citocromo C: Consegue movimentar-se, localizado no espaço intermembranas.
Função: Os elétrons armazenados nas moléculas de NAD e FAD precisam gerar ATP.
Fluxo dos Elétrons
O NAD, proveniente do ciclo do ácido cítrico, entrega seus elétrons ao Complexo I.
O FAD (também chamado de succinato, ou FADH2 na forma reduzida) entrega seus elétrons ao Complexo II.
O Complexo I e o Complexo II passam os elétrons para a Ubiquinona (Q).
A Ubiquinona passa os elétrons para o Complexo III.
O Complexo III passa os elétrons para o Citocromo C.
O Citocromo C passa os elétrons para o Complexo IV.
Aceitador Final de Elétrons: O oxigênio (O2).
O oxigênio é crucial para que os elétrons não fiquem livres no Complexo IV, o que pararia a cadeia.
O oxigênio aceita os elétrons e se junta a prótons para formar água (H2O).
A ausência de oxigênio interrompe a cadeia e as reações do ciclo de Krebs.
Geração de Gradiente de Prótons e Síntese de ATP
Bombeamento de Prótons: Cada vez que o elétron passa pelos complexos (I, III e IV), prótons (H+) são jogados da matriz mitocondrial para o espaço intermembranas.
Passagem pelo Complexo I: Joga quatro prótons.
Passagem pelo Complexo III: Joga quatro prótons.
Passagem pelo Complexo IV: Joga dois prótons.
Acúmulo de Prótons: O espaço intermembranas fica cheio de prótons (H+), criando uma carga positiva e diminuindo o pH (ambiente ácido).
Força Próton-Motriz: Cria-se uma voltagem e diferença de pH que precisam ser dissipadas.
ATP Sintase:
Enzima/proteína na membrana mitocondrial interna.
Ela traz os prótons de volta do espaço intermembranas para a matriz mitocondrial.
No processo, a ATP sintase "gira" e une o ADP ao fosfato para produzir ATP (Adenosina Trifosfato).
Essa força acumulada dos prótons é a "força próton-motriz".
Visão Geral do Processo:
Piruvato entra na mitocôndria, é convertido a acetil-CoA, que entra no ciclo de Krebs.
O CO2 é liberado para expiração.
NAD e FAD são produzidos e capturam elétrons.
Elétrons passam pelos complexos, bombeando prótons para o espaço intermembranas.
Prótons acumulados são devolvidos à matriz pela ATP sintase, que produz ATP.
O ATP produzido é usado pela mitocôndria ou passado para o citosol para uso celular.
Outras Fontes de Alimento para Geração de Energia
Além da glicose (carboidratos), outras fontes de alimento podem ser usadas para produzir ATP.
Lipídios (Gorduras):
A oxidação dos lipídios é chamada de beta-oxidação.
Resulta em ácidos graxos.
Os ácidos graxos podem ser convertidos a acetil-CoA.
Como acetil-CoA, eles entram no ciclo de Krebs.
Proteínas:
A degradação das proteínas gera aminoácidos.
Alguns aminoácidos podem entrar nas vias metabólicas como acetil-CoA ou como intermediários do ciclo de Krebs (ex: oxalacetato).
Convergência das Vias: Independentemente de ser glicose, proteína ou lipídio, os produtos finais dessas degradações alcançam o ciclo de Krebs para a produção de NAD, FAD e, consequentemente, ATP via cadeia transportadora de elétrons.