O QUE É O METABOLISMO????

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2 O QUE É O METABOLISMO???? Metabolismo é a somatória de todas as transformações químicas de uma célula ou organismo Uma atividade celular altamente coordenada na qual diversos sistemas multienzimáticos atuam conjuntamente visando 4 objetivos:

3 1 Obter energia química, seja por captação de energia solar ou degradação de nutrientes ricos em energia obtidos do meio ambiente

4 2 Formar macromoléculas (proteínas, ácidos nucléicos, polissacarídeos) a partir e precursores monoméricos, as quais vão ter atividades específicas nas células.

5 3 Converter as moléculas dos nutrientes em moléculas com características próprias de cada célula hemoglobina clorofila

6 4 - Sintetizar e degradar biomoléculas necessárias para determinadas funções celulares. Ação hormonal na floração. Ação hormonal no amadurecimento das frutas. Ação hormonal no desenvolvimento e crescimento vegetal. Ação hormonal na abscisão foliar

7 O Metabolismo é toda a rede de reações químicas realizadas pelas células vivas. Anabolismo e Catabolismo Anabolismo são as reações responsáveis pela síntese de todos os compostos necessários para a reprodução, o crescimento e a manutenção da célula. Catabolismo são as reações responsáveis pela quebra de macromoléculas para liberação de energia e moléculas menores. Entre essas reações existe um fluxo de energia promovido por moléculas específicas

8 O metabolismo é uma rede de reações coordenadas Reações Catabólicas (convergentes) Reações Anabólicas ( divergentes) Reações anfibólicas - Elas estão envolvidas tanto nas vias catabólicas como nas anabólicas.

9 O conjunto de reações metabólicas envolvidas no processamento de moléculas específicas via metabólica linear cíclica espiral Metabólitos (ou intermediários metabólicos) são moléculas que constituem as vias metabólicas de degradação ou na biossíntese das biomoléculas.

10 Vias metabólicas são coordenadas e reguladas por diferentes mecanismos envolvendo enzimas reguladoras A inibição por retroalimentação ocorre quando um produto de uma via controla a velocidade de sua própria síntese pela inibição de uma etapa inicial, geralmente a primeira etapa de compromisso da via. A ativação por antecipação ocorre quando um metabólito produzido no início de uma via metabólica ativa uma enzima que catalisa uma reação que ocorre mais abaixo na mesma via.

11 Conjunto de vias metabólicas foram agrupadas em um esquema onde se pode ver as sequencias de reações e as interações entre as diversas vias que ocorrem nas células MAPA METABÓLICO. Cada composto é denominado metabolito (nome e estrutura) Cada reação tem descrita enzimas e cofatores necessários

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13 Como interpretar o Mapa Metabólico?

14 Bioquimica II Vias de oxidação dos carboidratos (via glicolítica, ciclo pentoses, processos fermentativos) Vias de oxidação de ácidos graxos e aminoácidos Produção de energia e precursores de outras moléculas (ciclo ácido tricarboxílico e fosforilação oxidativa) Fotossíntese Ciclo do nitrogênio e Fixação Biológica do Nitrogênio (FBN) Todas essas vias metabólicas estão relacionadas à manutenção das características e organização dos seres vivos Obtenção e transformação de moléculas - ENERGIA

15 Estudo das transformações da energia que ocorrem na células vivas e dos processos químicos envolvidos nessas transformações Bioenergética Alguns conceitos precisam ser recordados...

16 A transformação biológica da energia obedece as leis da Termodinâmica Quais são as leis da termodinâmica?

17 Primeira lei da termodinâmica: Princípio da conservação da Energia Para qualquer mudança física ou química, a quantidade total de energia no universo permanece constante A energia pode mudar de forma ou ser transportada mas não pode ser criada ou destruída

18 Primeira lei: princípio da conservação da Energia Células vivas se comportam como transdutores de energia convertem energia química em outro tipo necessário Seres vivos usam energia para realização de trabalho mecânico, químico, osmótico ou elétrico e para a manutenção de sua organização, reprodução e interação com o meio

19 Segunda Lei da termodinâmica: A desordem do universo sempre tende a aumentar Em todos os processos naturais a grau de desorganização do universo sempre tende a aumentar

20 Organismos vivos preservam sua organização interna retirando energia do ambiente e retornando à sua vizinhança energia na forma calor, aumento do número de moléculas Glicose + 6 O 2 6 CO H 2 O A desorganização do universo aumenta calor CO 2 H 2 O

21 Parâmetros termodinâmicos que descrevem as transformações de energia que ocorrem em reações químicas Energia livre de Gibbs (G) expressa a quantidade de energia capaz de realizar trabalho durante uma reação à temperatura e pressão constantes. Entalpia (H) é o conteúdo de calor do sistema reagente. Ela reflete o número e o tipo de ligações químicas nos reagentes e produtos. Entropia (S) é uma expressão quantitativa da aleatoriedade ou desordem de um sistema

22 Free energy G negativo (ou exergônica) reação espontânea (energia livre do produto é menor que do reagente) Reactants Energy Amount of energy released ( G < 0) Products Progress of the reaction Tendência da reação fora do equilíbrio é no sentido de formação do produto

23 Free energy G positivo (ou endergônica) reação não espontânea (energia livre do produto é maior que do reagente) Products Reactants Energy Amount of energy required ( G > 0) Progress of the reaction Tendência da reação fora do equilíbrio é no sentido de formação do reagente

24 O que é equilíbrio de uma reação???

25 As células usam os dois tipos de reações para conseguir realizar as transformações metabólicas necessárias G negativo (tendência a formação produto - favorável) G positivo (tendência a formação reagente não favorável) Como isso pode ocorrer?

26 Acoplamento de reações A B C A B A B C C ΔG 1 º ΔG 2 º ΔG 1 º + ΔG 2 º Os valores de ΔG o são aditivos para reações químicas sequenciais que apresentam um intermediário comum

27 Retirada imediata dos produtos do sistema aa bb ΔG º + ΔG =ΔG º +RT ln [ B]b [ A] a (relação P/R pequena e ln negativo) ΔG negativo

28 O fluxo de energia nos organismos vivos é promovido por reações especiais Moléculas de alta energia Moléculas de baixa energia Transportador de energia Transportador de energia Moléculas de alta energia Moléculas de baixa energia Mediado por moléculas transportadoras de energia

29 Transferência de energia livre de uma reação exergônica para uma endergônica através de um intermediário de alta energia Transferência de grupos fosforil - ATP Transportador universal de energia metabólica

30 A variação de energia livre padrão para a hidrólise do ATP é grande e negativa ATP 4- + H 2 O ADP 3- +P i 2- + H + ΔG º = - 30,5kJ/mol ATP- três grupos fosfato com carga (-) força repulsão Hidrólise de um fosfato alivia a repulsão eletrostática da molécula Pi (HPO 4- ) liberado é estabilizado por ressonância o que não ocorre quando está ligado na molécula de ATP

31 Como a energia das moléculas são transferidas? representação O ATP fornece energia por transferência de grupos fosfato e não por simples hidrólise Tendência das moléculas a ficarem mais estáveis pela perda de grupos fosfato

32 Outras moléculas fosforiladas podem atuar de modo similar ao ATP transferindo energia nos sistemas biológicos Esses compostos são classificados de acordo com a energia livre padrão de hidrólise em compostos de baixa ou alta energia

33 Transferência de elétrons (reações de óxido-redução) O fluxo de elétrons pode realizar trabalho Reações envolvem a perda de elétrons por uma determinada espécie química, que sofre oxidação, e captação desses elétrons por outra espécie, que é reduzida Nos sistemas biológicos existe um sistema análogo ao sistema bateria e motor de um carro compostos reduzidos são fonte de elétrons para determinadas reações produzirem energia metabólica

34 Como os elétrons podem ser transferidos? 1 - Diretamente - Fe +2 + Cu +2 Fe +3 + Cu Por combinação direta com o oxigênio (incorporação em uma molécula redutora) R-CH 3 + ½ O 2 R-CH 2 -OH 3 - Como átomos de hidrogênio AH 2 A + 2e - + 2H + Desse modo AH 2 pode reduzir outra substância AH 2 + B A + BH Na forma de íon Hidreto (:H - ) em reações com desidrogenases que necessitam de coenzimas (NAD + e NADP + )

35 Sistemas biológicos reações de óxido-redução ocorrem principalmente pela transferência de átomos de H ou íons hidreto enzimas desidrogenases Acoplamento de reações de desidrogenação e hidrogenação por um transportador intermediário Quem são esses transportadores?

36 Nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD) e Nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato (NADP) Nicotinamida vitamina B3 ou Niacina NADP essa hidroxila é substituída por um grupo fosfato Incorpora íon hidreto e libera H + para o meio aquoso São fracamente ligadas às desidrogenases (transportadores solúveis)

37 Flavina-adenina dinucleotideo (FAD) e Flavina Mononucleotideo (FMN) Transferem elétrons na forma de átomos de H (1 ou 2) Essas coenzimas se acham covalentemente ligadas às enzimas desidrogenases não se difundem para transferir os elétrons

38 Em uma reação de oxido-redução por um par redox a transferência de elétrons ocorre espontaneamente e depende da afinidade relativa do receptor de elétrons Potencial de redução (E o - dado em volts) é a medida da afinidade de um composto por elétrons Quanto mais negativo mais facilmente o composto libera elétrons e quanto mais positivo mais ela segura ou recebe elétrons

39 O processo de oxidação de moléculas biológicas geram um fluxo de elétrons (gera energia) que é usada para síntese de ATP. RESPIRAÇÃO CELULAR O ATP pode fornecer energia pela transferência de grupos fosfato (reação exergônica) em reações que necessitam dela (endergônicas)

40 Próxima aula grupo deve trazer: Livro de bioquímica (Glicólise) Mapa Metabólico Papel branco sem pauta (sulfite) Caneta hidrográfica grossa Tesoura Celular ou câmera digital