Moléculas envolvidas no metabolismo. Carboidratos Lipídeos Proteínas Sais minerais Vitaminas Água

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1 Moléculas envolvidas no metabolismo Carboidratos Lipídeos Proteínas Sais minerais Vitaminas Água

2 Polissacarídeos Aminoácidos Aromáticos Hexoses Catecolaminas Pentoses Purinas Fotossíntese Pirimidinas Biosíntese de Lípídeos Degradação de Lipídeos d Fosfolipídeos Isoprenóides Esteróides Porfirinas Aminoácidos

3 ALGUNS CONCEITOS INICIAIS

4 Anabolismo A fase do metabolismo (requerente de energia) que concerne a biossíntese dos componentes celulares a partir de precursores pequenos. Catabolismo A fase do metabolismo que envolve a produção de energia por meio da degradação das moléculas dos nutrientes.

5 A alimentação e o jejum alternam o metabolismo entre os estados Anabólico e Catabólico Complexa rede de interações entre as vias bioquímicas Metabólitos originados de uma via de degradação podem ser utilizados para a síntese de compostos Reversibilidade parcial das principais vias do metabolismo de carboidratos e lipídeos o catabolismo é substituído pelo anabolismo em resposta à ingestão do alimento No estado alimentado: vias ativas são a glicólise, síntese de glicogênio, lipogênese e síntese de proteínas No estado de jejum (poucas horas após a alimentação): glicogênio e lipídeos armazenados são degradados, a proteína é convertida em glicólise (gliconeogênese), outros processos biossintéticos se tornam lentos.

6 Visão Geral dos Processos Catabólicos

7 FERMENTAÇÃO A fermentação é um movimento intestino de partículas ou principio de cada corpo, tendendo para a perfeição ou para a transformação em outro. Particulas elementares postas em movimento, devido a sua própria natureza ocasionalmente vibrando maravilhosamente, são aprisionadas e transforma-se em outras: as sutis e mais ativas esforçam-se na tentativa de escapar suavemente, mas estando entrelaçadas com outras mais espessas são impedidas também de fazê-lo. Também as mais expessas são mantidas unidas pelo intento. A expanção das mais sutis são enfraquecidas até que cada uma alcance sua própria grandeza e exaltação. Elas fixam em si a devida perfeição ou completam as alterações e mutações designadas pela natureza (Willis, 1684)

8 Na antiguidade sabia-se que a comida exposta ao ar apodrecia (liberava bolhas). Deram o nome de fermentação por analogia com a fervura que também liberava bolhas Séc XIX Napoleão Mr. Appert Adicionar grandes quantidades de açúcar às frutas e ferver os alimentos, que deveriam ser imediatamente tampados e selados com parafina Livro: A arte de preservar os alimentos de origem vegetal e animal 10 Livro de Bioquimica

9 Gay Lussac vai pesquisar a fermentação... Para isso testa os experimentos de Mr. Appert. O ar era necessário para a fermentação Interação entre O2 e nitrogênio dos alimentos liberava as bolhas (CO2 e N2) Ligação desistabilizante Reação Química As substâncias em contato com o ar, adquirem prontamente uma tendência para a putrefação ou fermentação mas quando submetidas a temperatura de água fervida em vasos bem fechados, o oxigênio absorvido produz uma nova combinação que não é mais capaz de exitar fermentação ou putrefação, ou se torna coagulada pelo calor da mesma maneira que a albumina

10 Por volta de 1850 os vinhos da França estavam muito ruins. Na quela época já se sabia que a qualidade do vinho dependia essencialmente da qualidade da uva e do repique Uma fábrica vinícula contrata Louis Pasteur Estudava a capacidade dos ácidos orgânicos de desviar o plano de luz Centrifugação Amostra concentrada Microscópio Teoria Vitalista Fermentação pode ser utilizada pelos seres vivos... Eu acredito que não há fermentação alcoólica sem que, ao mesmo tempo haja organização, desenvolvimento e multiplicação dos glóbulos Louis Pasteur

11 A fermentação não é um processo metabólico dos glóbulos. É um processo meramente químico entre substâncias nitrogenadas, açúcar do meio na presença de ar.

12 Pasteur... Derruba a Teoria da ligação desistabilizante Para fermentar precisa-se de vida organizada... Seres vivos podem viver sem oxigênio

13 Hans e Edward Buchner Derrubam a Teoria Vitalista Cunham o termo Zimases Nasce a Bioquímica...

14 Glicólise Por que iniciar o estudo do metabolismo dos compostos combustíveis pela glicólise? Via metabólica universal (passos idênticos nas nossas células cerebrais e nas bactérias anaeróbicas) para metabolizar a glicose e produzir energia. Permite introduzir os mecanismos de regulação das vias metabólicas por pequenos efetores alostéricos, por modificações químicas reversíveis de enzimas e pelo controle da expressão gênica.

15 Glicose Principal carboidrato combustível; forma de carboidrato circulante no sangue Finamente regulado: manutenção de uma concentração normal de 5 mmol/l é essencial para sobrevivência < 2,5 mmol/l coma hipoglicêmico > 7 mmol/l diabetes e riscos de doenças renais, vasculares e oculares. Oxidação completa a CO2 e água ocorre com uma variação de energia livre padrão de kj/mol!!! Nos vegetais superiores e nos animais tem 3 destinos principais:

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17 Corrente sanguínea

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19 Glicólise Primeira via metabólica a ser elucidada e, provavelmente, a melhor compreendida. Ocorre no citoplasma Primeiro estágio do catabolismo de carboidratos Açúcares simples são metabolisados a piruvato Processo anaeróbico não necessita de oxigênio

20 Fase preparatória Fase de produção de energia (fase de pagamento)

21 Fase preparatória da Glicólise de Glicose a Gliceraldeído-3- P Aumenta o conteúdo de energia livre dos intermediários Requer o investimento de duas moléculas de ATP e resulta na clivagem da cadeia de hexose em duas trioses fosfato. Ocorrem duas reações de fosforilação. Isto é importante para que a célula não perca nenhum intermediário do ciclo após já ter investido energia na glicose, pois os compostos fosforilados (como o são todos os intermediários da glicólise) não atravessam as membranas livremente.

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23 Fase de produção de energia de Gliceraldeído-3-P a Piruvato Produção de 4 moléculas de ATP (ganho líquido de 2 ATP) Recuperação do investimento tem mais de 60% de eficiência Ocorrem duas reações de fosforilação em nível de substrato, assim denominadas porque a reação transfere não só energia livre ao ADP, mas também o próprio fosfato necessário à síntese de 1ATP. É importante notar que apenas 5,2% da energia de oxidação da glicose foram liberados ao fim da glicólise, permanecendo todo o restante na forma de piruvato São formados dois NADH

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25 Reações da Glicólise Balanço Saldo de energia = 02 ATPs

26 1. Fosforilação da Glicose ATP Glicose ADP hexoquinase glicoquinase Glicose-6-P

27 Enzimas que Fosforilam a Glicose Hexoquinase I Cérebro e Rins Hexoquinase II Músculo esquelético Hexoquinase I e II Fígado Diversos Tecidos Hexoquinase III Fígado e Hexoquinase IV células β-pâncreas ou Glicoquinase

28 G0 = - 16,7 kj/mol = - 4,0 kcal/mol

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30 Glicólise FASE PREPARATÓRIA 2. Conversão G6P a F6P 3. Fosforilação da F6P Inibida por ATP Ativada por ADP e Pi

31 3. Fosforilação da F6P Reação altamente exergônica e irreversível. G0 = -13,8 kj/mol = Reação que torna o açúcar comprometido com a glicólise.

32 Glicólise FASE PREPARATÓRIA 4. Quebra da F1,6P 5. Interconversão DHAP e G3P

33 Glicólise FASE PAYOFF 6. Oxidação do G3P a 1,3BPG 7. Transferência de PO32- para ADP

34 Glicólise FASE PAYOFF 8. Conversão 3-PG para 2-PG 9. Desidratação do 2-PG para PEP

35 Glicólise FASE PAYOFF 10. Transferência de PO4 para ADP

36 Destinos do Piruvato O destino do piruvato pode variar significativamente Em nossas células, sob condições aeróbias, o piruvato é convertido a acetil-coa nas mitocôndrias

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38 Destinos do Piruvato Fermentação termo geral que denota a degradação anaeróbica da glicose ou de outros nutrientes orgânicos em vários produtos Em nosso organismo é usada para produzir NAD+ quando não há oxigênio suficiente NAD+ deve ser regenerado a NADH, caso contrário a glicólise é interrompida Vejamos rapidamente 02 tipos de fermentação Lactato Etanol

39 Fermentação a Lactato Células animais sob condições anaeróbicas utilizam o Piruvato como aceptor final de elétrons para fazer a regeneração de NAD+, formando Lactato

40 O fígado pode converter o lactato a uma nova glicose e reenviá-la para outro ciclo da glicólise no músculo, chamada gliconeogênese. Pode também ser sintetizada a partir do piruvato combinado com moléculas do ciclo do ácido cítrico. A gliconeogênese é importante para suprir o cérebro, que possui poucas reservas.

41 Destinos do Piruvato Fermentação Alcoólica

42 Compostos que alimentam a Glicólise Classificação dos monossacarídeos Baseada no número de carbonos de suas moléculas: TRIOSES são os monossacarídeios mais simples, TETROSES, PENTOSES, HEXOSES, HEPTOSES, etc. Destes, os mais importantes são as Pentoses e as Hexoses. As pentoses mais importantes são: Ribose Arabinose Xilose As hexoses mais importantes são: Glicose Galactose Manose Frutose

43 Compostos que alimentam a Glicólise Fígado

44 Regulação

45 Regulação Introdução quantidade de enzima como pela atividade Regulação gênica Regulação alostérica Enzimas do Metabolismo de Carboidratos que são Reguladas -Fosforilase -Hexoquinase -Fosfofrutoquinase 1 -Piruvato quinase

46 Enzimas Alostéricas Ex: inibição por feedback A B Enzima possui um sítio alostérico ao qual se liga o produto final da via C D E

47 Regulação Fosfofrutoquinase-1 Sítio Alosteria Sítio Ativo

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49 Regulação Fosfofrutoquinase-1 Frutose-2,6-bifosfato Frutose-2,6-bifosfato Glucagon Frutose-2,6-bifosfato Gliconeogênese favorecida

50 Regulação Hexoquinase Isoenzimas: são enzimas diferentes que catalisam a mesma reação. Esta estratégia ajuda na regulação do metabolismo. músculo fígado Tecido que vai utilizar a glicose na via glicolítica Produzir glicose na gliconeogênese HEXOQUINASE GLICOQUINASE Inibida por glicose-6-fosfato Inibida por frutose-6-fosfato A hexoquinase muscular normalmente atua em velocidade máxima, contudo quando a concentração de glicose está acima de seu nível normal a enzima é temporariamente inibida levando a taxa de formação de G6P a se igualar a taxa de consumo de G6P. A glicoquinase normalmente abaixo de sua velocidade máxima, quando a concentração de glicose no sangue aumenta a sua velocidade aumenta levando a formação de G6P.

51 Regulação Piruvato quinase A piruvato quinase é inibida alostericamente por ATP diminuindo a afinidade da enzima por PEP quando [ATP] atividade enzima glicólise quando [Acetil-CoA] e [ác. grax. longos] atividade enzima glicólise

52 Control of the Catalytic Activity of Pyruvate Kinase. Pyruvate kinase is regulated by allosteric effectors and covalent modification.

53 Aspectos clínicos - glicólise 1) Isquemia (Infarto do miocárdio):

54 2) Células tumorais: Otto Warburg 1920 Células tumores Ascites convertem glicose equivalente a 30% do peso seco em lactato/h. (Músculo esquelético humano = 6% do peso seco em lactato/h)

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