Pontifícia Universidade Católica de Goiás Departamento de Biologia Bioquímica Metabólica. Rotas Metabólicas. Prof. Raimundo Júnior M.Sc.

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1 Pontifícia Universidade Católica de Goiás Departamento de Biologia Bioquímica Metabólica Rotas Metabólicas Prof. Raimundo Júnior M.Sc.

2 Metabolismo Transformação da matéria e da energia. A sequência das reações enzimáticas são chamadas de rota ou via metabólica. Nas rotas metabólicas o produto de uma reação é o substrato da reação subsequente. As reações metabólicas ocorrem essencialmente no citoplasma ou na mitocôndria (compartimentalização).

3 Metabolismo Processo geral por meio do qual os sistemas vivos adquirem e usam energia livre para realizarem suas Funções - Catabolismo: reações que convertem energia para as formas biologicamente utilizáveis (Alimento = CO 2 + H 2 O + energia utilizável) -Anabolismo: necessitam de energia para ocorrerem (síntese de glicose, DNA, lipídeos)

4 Metabolismo reações de oxi-redução

5 Metabolismo (co-enzimas)

6 Metabolismo (co-enzimas)

7 NAD + NADH + H + Nicotinaminda adenina dinucleotídeo Principal aceptor de elétrons NAD + forma reduzida (NADH+H+) Aceita 1 íon H e 2 elétrons.

8 Metabolismo (co-enzimas)

9 Metabolismo (co-enzimas)

10 Metabolismo (co-enzimas) FAD + aceptor de elétrons Aceita 2 hidrogênios (prótons e elétrons). Flavina adenina dinucleotídeo (FAD) Unidade FMN (Flavina Mononucleotídeo)

11 Metabolismo (co-enzimas)

12 ATP + H 2 O = ADP + Pi + H + G= - 7,3 kcal/mol ATP + H 2 O = AMP + PPi + H+ G= - 7,3 kcal/mol Condições fisiológicas G= - 12 kcal/mol

13 Metabolismo (co-enzimas)

14 Metabolismo (co-enzimas) b-mercaptoetilamina Ácido pantotênico Adenosina R C S - CoA " O Acil CoA (Acido graxo) H 3 C C S - CoA " O Acetil CoA (acetato)

15 Vitaminas e Co-enzimas Não possuem estrutura química específica comum Não produzem energia ou contribuem para a massa corporal Reguladoras das reações metabólicas Controlam processos de síntese óssea e tecidual Vitamina D única sintetizada no corpo 13 tipos de vitaminas: Lipossolúveis: A (Retinol), D (Calciferol), E (Tocoferol) e K (Menaquinona) Hidrossolúveis: B1(Tiamina), B2 (Riboflavina), B6 (Piridoxina), B12 (Cianocobalamina) e Vitamina C (Ácido Ascórbico) as principais, sendo importantes também Niacina, Ácido Fólico, Biotina, Ácido Pantotênico, Colina.

16 Vitaminas e Co-enzimas

17 Vitaminas e Co-enzimas

18 Vitaminas e Co-enzimas

19 Vitaminas e Co-enzimas

20 Vitaminas e Co-enzimas

21 Vias metabólicas

22 Metabolismo - regulação Sinais regulatórios: Hormônios Sistema Nervoso Disponibilidade de Nutrientes Sinais provenientes de dentro da célula: Ativado por substrato Inibidores e ativadores alostéricos Elicitam respostas rápidas regulação momento a momento Sinais entre células: Elicitam respostas mais lentas Mediada por contato superfícies Sinalização química (hormônios ou neurotransmissores)

23 Vias metabólicas Consistem em uma série de reações enzimáticas relacionadas que produzem produtos específicos Os reagentes, os intermediários e os produtos são chamados metabólitos Há mais de 2 mil reações metabólicas conhecidas, cada uma catalisada por uma enzima diferente

24 Vias metabólicas

25 Vias metabólicas

26 Controle da rota metabólica

27 Controle da rota metabólica

28 Controle da rota metabólica

29 Respiração Celular/ Glicólise

30 Respiração Celular/ Glicólise A célula necessita, para produzir energia, de oxigênio e de nutrientes Na respiração celular a célula utiliza o oxigênio e liberta energia contida nos nutrientes, produzindo dióxido de carbono, vapor de água e outros produtos tóxicos

31 Respiração Celular/ Glicólise Como a energia é armazenada na célula? Resp.: Nas ligações fosfato da molécula de ATP.

32 Respiração Celular/ Glicólise ATP Essa molécula é formada pela união de uma adenina e uma ribose aderida a três radicais fosfato

33 Respiração Celular/ Glicólise RESPIRAÇÃO AERÓBICA processo pelo qual a glicose é degradada em CO 2 e H 2 O na presença de oxigênio. Rendimento é maior do que na fermentação 38 ATPs por molécula de glicose quebrada.

34 Respiração Celular/ Glicólise RESPIRAÇÃO AERÓBICA Fases: 1. Anaeróbica (glicólise): não necessita de oxigênio para ocorrer e é realizada no citoplasma. 2. Aeróbica (ciclo de Krebs e cadeira transportadora de elétrons): requer e presença de oxigênio e ocorre dentro das mitocôndrias C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 O + 38 ATP

35 Respiração Celular/ Glicólise Rendimento final Glicólise: 2 ATPs + 2 NADH Formação do Acetil-CoA: 2 NADH + 2 CO 2 Ciclo de Krebs: 6 NADH + 2FADH + 2 ATPs + 2 CO 2 Cadeia Transportadora de Elétrons: - NADH 3 ATPs - FADH 2 ATPs RESPIRAÇÃO AERÓBICA - 10 NADH 30 ATPs - 2 FADH 4 ATPs 4 ATPs 38 ATPs

36 Glicólise/Histórico 1. Algumas Considerações Históricas: No decurso da primeira metade do séc. XX, a Glicólise foi estudada por alguns dos mais renomeados Bioquímicos: 1860: Pasteur postula que a Fermentação é catalisada por enzimas indissociáveis das estruturas celulares 1897: Buchner descobre que as enzimas da fermentação podem atuar independentemente das estruturas celulares 1905: Harden e Young identificam uma Hexose-bisfosfato como intermediária da Glicólise e verificaram a necessidade de certas coenzimas (NAD, ADP e ATP) Anos 30: Embden postulou a separação da Frutose 1,6 - bisfosfato 1938 Warburg et al. Demonstraram a capacidade de conservar energia sob a forma de ATP

37 Glicólise/Definição Glycolysis tem a sua origem no Grego em que glyk = Doce + Lysis = Dissolução Na atualidade podemos definir a Glicólise como a seqüência de reacções que converte a Glicose em Piruvato, havendo a produção de Energia sob a forma de ATP

38 Glicólise/Definição Ocorre em todos os tecidos (exceto fígado em jejum) Início do processo de oxidação de carboidratos Principal substrato = GLICOSE Substratos 2ários = Frutose e Galactose Possui 2 Fases: - Investimento de Energia (-2 ATPs) - Pagamento de Energia (+ 4ATPs + 2NADH)

39 Glicólise/Reação Final Glicose + NAD + 2ADP + 2Pi 2Piruvato + NADH + H + 2ATP + 2H2O 1 açúcar de 6 C 2 açúcares de 3 C A partir deste ponto as reações são duplicadas 2 moléculas de Piruvato (3C) Saldo 2 moléculas de ATP 2 moléculas de NADH

40 Glicólise/Importâncias Principais Razões: 1 Principal meio de degradação da Glicólise 2 Obtenção de Energia mesmo em condições Anaeróbias 3 Permite a degradação da Frutose e da Galactose Outras Razões: -Os tecidos têm necessidade de transformar a energia contida na glicose em ATP -A Glicólise é fundamental para a produção de Acetil-CoA -A Glicólise foi um dos primeiros sistemas enzimáticos a ser esclarecido, contribuindo o seu estudo para a melhor compreensão dos processos enzimáticos e de metabolismo intermediário

41 Etapas da Glicólise GLICÓLISE - importância - A Glicólise divide-se em duas partes principais: 1- Ativação ou Fosforilação da Glicose 2- Transformação do Gliceraldeído em Piruvato

42

43 Glicólise/Fases Glicose + ATP Glicose -6-Fosfato + ADP Glicose -6- Fosfato Frutose -6- Fosfato

44 Glicólise/Fases Frutose -6-P + ATP Frutose 1,6-BiFosfato + ADP Frutose 1,6-BiFosfato Gliceraldeído 3-P + Dihidrocetona Fosfato

45 Glicólise/Fases Gliceraldeído 3-P Dihidrocetona Fosfato

46 Glicólise/Fases Gliceraldeído 3-P + NAD + Pi 1-3 Bisfosfoglicerato + NADH + H 1-3 Bisfosfoglicerato + ADP 3-Fosfoglicerato + ATP

47 Glicólise/Fases 3-Fosfoglicerato 2-Fosfoglicerato 2-Fosfoglicerato Fosfoenolpiruvato + H O 2

48 Glicólise/Fases Fosfoenolpiruvato + ADP Piruvato + ATP Última Reação

49 Glicólise: Fase de investimento (6C) 1 Glicoquinase ou hexoquinase 2 fosfohexose isomerase 3 fosfofrutokinase 1 4 aldolase (2x 3C) 5 triose fosfato isomerase 2 x Glyceraldehyde 3-phosphate

50 Glicólise: Fase de pagamento Glyceraldehyde 3-phosphate + Dihydroxyacetone phosphate 5 triose fosfato isomerase 6 gliceraldeído 3P deidrogenase 7 Fosfoglicerato quinase 8 Fosfoglicerato mutase 9 enolase 10 piruvato kinase

51 Glicólise/Controle A necessidade glicolítica varia de acordo com os diferentes estados fisiológicos Há uma activa degradação deste açúcar após uma refeição rica em hidratos de carbono, assim como uma acentuada redução durante o Jejum. Deste Modo, o grau de conversão de Glicose para o Piruvato é regulado, por forma a satisfazer as necessidades celulares

52 Glicólise/Controle O Controle a Longo Prazo da Glicólise, particularmente no fígado, é efetuado a partir de alterações na quantidade de Enzimas glicolíticas. Esta ação refletirá nas taxas de síntese e degradação O Controlo a Curto Prazo é feito por alteração alostérica (concentração de produtos) reversível das enzimas e também pela sua fosforilação. As enzimas mais propensas a serem locais de controle são as que catalisam as reações irreversíveis: -Hexocinase -Fosfofrutocinase -Cinase do Piruvato

53 Glicólise/Anaeróbica Glicólise anaeróbia

54 Fermentação alcoólica Leveduras utilizadas na fabricação de cerveja e de pão Podem ser chamados de anaeróbicos facultativos Fermentação alcoólica - produz álcool Produtos Finais: etanol, CO2 e 2 ATPs

55 Fermentação láctica Realizada por bactérias do leite que é empregada na preparação de iogurtes e queijos Também ocorre em nossos músculos em situações de grande esforço físico

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