Metabolismo e Bioenergética

Transcrição

1 Metabolismo e Bioenergética

2 METABOLISMO Mas o que é metabolismo? Metabolismo é o nome que damos ao conjunto das reações químicas que ocorrem dentro das células. O fato é que todas as reações químicas que acontecem dentro das células dos seres vivos não violam qualquer lei química ou física: as transduções de energia obedecem a TODAS as leis da termodinâmica

3 O conjunto de reações químicas que ocorrem dentro das células é chamado de METABOLISMO e visa: Obter energia química pela degradação de nutrientes Converter os nutrientes em precursores de macromoléculas Organizar as pequenas moléculas em polímeros ou em moléculas complexas Formar e degradar moléculas necessárias a funções especializadas das células

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5 As vias centrais do metabolismo são muito similares em quase todas as formas de vida

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8 A questão central é a capacidade que os organismos vivos têm de conseguirem formas eficientes de aproveitar a energia potencial.

9 Bioenergética Estudo quantitativo das transformações de energia que ocorrem nas células vivas, bem como da natureza e função dos processos químicos nelas envolvidos. Ex. conversão da energia química em gradientes de concentração e elétrico, em movimento e em calor. Os processos que ocorrem nos seres vivos também obedecem as leis da termodinâmica.

10 Primeira lei da termodinâmica: princípio da conservação de energia. Para qualquer transformação física ou química, a quantidade total de energia no universo permanece constante, a energia pode mudar de forma ou ser transportada de uma região para outra; entretanto, ela não pode ser criada ou destruída.

11 Segunda lei da termodinâmica: tendência do universo à desordem crescente. Em todos os processos naturais, a entropia do universo aumenta. Entropia (S): expressão quantitativa da desordem de um sistema. Quanto menos complexo e mais desordenado forem as moléculas, maior será o ganho de entropia.

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13 Energia livre de Gibbs (G): expressa a quantidade de energia capaz de realizar trabalho. G i S P G f ΔG = Gf - Gi ΔG = negativo, molécula do produto com menos energia (reação exergônica) ΔG = positivo, molécula do produto com mais energia (reação endergônica)

14 ΔG Variação de energia livre ΔH - Variação da entalpia ΔS Variação da entropia T - Temperatura Entalpia (H): conteúdo de calor do sistema reagente refletindo o número e os tipos de ligações químicas nos reagentes e nos produtos. ΔH = negativo, há liberação de calor reação exotérmica ΔH = positivo, o sistema absorve energia na forma de calor - reação endotérmica + Considerando a 2ª lei da termodinãmica... ΔG = ΔH - TΔS ΔG negativo ESPONTÂNEA

15 Variação de energia livre padrão está relacionada com a constante de equilíbrio. A composição de um sistema reagente tende a variar até que o equilíbrio químico seja atingido. Constante de equilíbrio aa + bb cc + dd Fotossíntese 6 CO H 2 O C 6 H 12 O O 2 G = KJ/mol Respiração C 6 H 12 O O 2 6 CO H 2 O G = KJ/mol

16 Acoplamento de energia reações exergônicas (espontâneas) X reações endergônicas Ex: Glicose + P i Glicose 6P + H 2 O G = 13,8 kj/mol ATP +H 2 O ADP + P i G = -30,5 kj/mol Glicose + ATP Glicose 6P + ADP G = -16,7,5 kj/mol

17 Adenina Trifosfato (ATP) As células heterotróficas obtêm energia pelo catabolismo durante o processo exergônico sintetizando ATP a partir de ADP e P i. O ATP fornece a energia química para as células durante o processo endergônico. A energia do ATP é utilizada para formação de macromoléculas a partir de precursores menores, transporte de substâncias contra o gradiente de concentração, movimento mecânico, geração de calor.

18 Base química da alta liberação de energia livre pela hidrólise de ATP

19 A forma pela qual o ATP fornece a energia que possibilita uma reação química nem sempre é uma simples hidrólise

20 Fosfocreatina Durante o período de contração ativa a fosfocreatina regenera o ATP. Após o exercício a fosfocreatina é ressintetizada a partir da creatina e ATP.

21 Composto de alta energia, na glicólise, fornece o fosfato para a formação do ATP. Fosfoenolpiruvato PEP 1,3 bisfosfoglicerato 1,3 BPG

22 Compostos de alta energia G º hidrólise < -25 kj/mol

23 Em reações químicas, o fluxo de elétrons é capaz de gerar energia Reações de óxido redução Nas reações químicas podem ocorrer transferência de elétrons de uma molécula para outra. Coenzimas, NAD +, NADP + e FAD +, são moléculas hidrossolúveis que sofrem redução e oxidação. As coenzimas recebem um íon hidreto (:H - ) sendo transformada na sua forma reduzida. NAD + + 2e - + 2H + NADH + H +

24 Coenzimas transportadoras de elétrons

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27 Características gerais das vias metabólicas IRREVERSIBILIDADE DIRECIONAMENTO ECONOMIA DOS INTERMEDIÁIOS REGULAÇÃO

28 IRREVESSIBILIDADE Tem um passo irreversível (termodinamicamente muito favorável G«0), no início da via, que serve para comprometer a direção do fluxo e assegurar a irreversibilidade Reação irreversível nas condições celulares

29 Características das rotas metabólicas: - Irreversibilidade - Direcionamento - Economia dos intermediários - Regulação Várias etapas existem para oxidar a glicose más somente uma faz sentido nas transformações químicas necessárias para a célula

30 Características das rotas metabólicas: - Irreversibilidade - Direcionamento - Economia dos intermediários - Regulação Intermédiários que participam de forma reversível nas reções de oxido-redução como transportadores de életrons GLICERALDEÍDO 3-P DESIDROGENAE

31 Características das rotas metabólicas: - Irreversibilidade - Direcionamento - Economia dos intermediários - Regulação Limitado pelo substrato (reação em equilíbrio). Limitado pela enzima (reação exergônica) passo limitante da via.

32 Características das rotas metabólicas: - Irreversibilidade - Direcionamento - Economia dos intermediários - Regulação Enzimas específicas (pelo menos uma) para catalisar apenas anabolismo ou catabolismo.

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34 CARBOIDRATOS

35 CARBOIDRATOS (HIDRATOS DE CARBONO) ESTRUTURA RECONHECIMENTO REGULAÇÃO ENERGIA ESTRUTURA: Participa na composição da matriz extracelular e em paredes celulare RECONHECIMENTO: identificação de células pelo sistema imune REGULAÇÃO: enzimas podem ser glicosiladas e mudar de localização na célula ENERGIA: fornecimento de energia (glicólise) ou armazenamento

36 CARBOIDRATOS (DEFINIÇÃO) Poli-hidroxi-cetonas ou Poli-hidroxi-aldeídos. Fórmula empírica: (CH 2 O) n CLASSIFICAÇÃO: Monossacarídeos Oligossacarídeos (dissacarídeos) Polissacarídeos (>20 unidades)

37 MONOSSACARÍDEOS Carbonos ligados por ligações simples na forma aberta. Os mais simples são as trioses: Grupo carbonila: aldoses (no fim da cadeia do carbono) ou cetoses Pelo número de carbonos: trioses, tetroses, pentoses... O mais abundante é a glicose (aldohexose)

38 ALDOSES

39 CETOSES

40 ENANTIÔMEROS Todos os monossacarídeos, com exceção da dihidroxiacetona, apresentam um ou mais carbono assimétrico. Por convenção, uma forma é chamada isômero D e a outra isômero L

41 ESTRUTURAS CÍCLICAS Em solução, carbonos com 5 ou mais carbonos formam estruturas cíclicas semelhantes ao pirano e furano:

42 MONOSSACARÍDEOS MODIFICADOS Além dos monossacarídeos discutidos até aqui, organismos apresentam uma série de hexoses derivadas. Nesses casos, um grupo hidroxil é substitído por outros grupos ou a carbonila é oxidada gerando uma carboxila. Outra modificação importante é a fosforilação. Glicose 6-P

43 OLIGOSSACARÍDEOS Formados pela ligação de dois ou mais monossacarídeos. Forma-se uma ligação O-glicosídica. Os mais comuns são os dissacarídeos. Glicose + frutose Açúcar de mesa (cana de açúcar) Glicose + Galactose Leite Glicose + Glicose Vegetais

44 POLISSACARÍDEOS Formados pela ligação de mais de 20 monossacarídeos. Podem formar cadeias lineares ou ramificadas. Homopolissacarídeos: amido, glicogênio, celulose, quitina Heteropolissacarídeos: peptidoglicanas (parede de bactérias)

45 É necessário de energia para manter as moléculas do sistema em ordem. Energia Calor

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47 PRINCIPAIS PROCESSOS ONDE OCORRE CONSUMO DE ATP 1 Estágios iniciais da degradação de nutrientes Glicose + ATP Glicose-6P + ADP palmitato + CoA palmitoil CoA + AMP + 2 P i 2 Interconversão de nucleosídios tri- fosfato ATP + NDP ADP + NTP 3 Processos fisiológicos tais como: Transporte ativo Contração muscular Biossíntese de proteínas Replicação do DNA 4 Garantindo reações altamente endergônicas

48 PRINCIPAIS PROCESSOS ONDE OCORRE PRODUÇÃO DE ATP 1. Fosforilação ao nível do substrato 2. Fosforilação oxidativa 3. Fotofosforilação 4. Reação da adenilato quinase ADP ATP + AMP ATP NÃO É ESTOCADO o tempo de meia vida do ATP varia de alguns minutos a segundos, dependendo da célula; O suprimento de ATP do cérebro é suficiente para poucos segundos de atividade celular;