MÓDULO 2 - METABOLISMO. Bianca Zingales IQ-USP

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1 MÓDULO 2 - METABOLISMO Bianca Zingales IQ-USP

2 INTRODUÇÃO AO METABOLISMO

3 CARACTERÍSTICAS DO SER VIVO 1- AUTO-REPLICAÇÃO Capacidade de perpetuação da espécie 2- TRANSFORMAÇÃO DE ENERGIA O ser vivo extrai energia do meio (nutrientes, luz) e transforma a energia em trabalho (organização celular, funções celulares e auto-replicação) 3- ORGANIZAÇÃO O ser vivo possui estruturas definidas: organelas, células, tecidos, órgãos, etc. 4- FUNÇÃO Cada estrutura desempenha uma função específica.

4 ORGANISMOS (Classificação com base na fonte de obtenção de Energia) - FOTOTRÓFICOS retiram Energia da Luz (vegetais) - QUIMIOTRÓFICOS retiram Energia de componentes do meio (animais)

5 METABOLISMO = O Conjunto de Reações que ocorrem no interior da célula, que são necessárias para a manutenção do ser vivo. O Metabolismo responde as perguntas: Como o ser vivo extrai Energia do meio? Como o ser vivo sintetiza macromoléculas para desempenhar suas funções, manter sua estrutura e replicar-se? Nota: O Metabolismo só ocorre no interior das células. Não ocorre no estômago, sangue, etc

6 ANIMAIS Alimento: Carboidratos, Lipídios e Proteínas Trajeto dos Alimentos Boca Enzimas digestivas CÉLULA Aparelho digestório Metabolismo

7 O Metabolismo pode ser dividido em duas etapas: Catabolismo e Anabolismo

8 CATABOLISMO Conjunto de reações (enzimáticas) de DEGRADAÇÃO Exemplo: Degradação da glicose (Respiração) C 6 H 12 O O 2 6 CO 2 + 6H 2 O + Energia No Catabolismo: Compostos orgânicos de alto PM são convertidos em moléculas mais simples No processo ocorre liberação de Energia Parte desta Energia é conservada em moléculas de alta Energia (ATP) Outra parte é dissipada como Calor

9 ANABOLISMO - Conjunto de reações (enzimáticas) de SÍNTESE Exemplo: Síntese de glicose (Fotossíntese) 6 CO H 2 O + Energia C 6 H 12 O O 2 No Anabolismo Moléculas simples dão origem a Compostos orgânicos de mais alto PM No processo utiliza-se Energia Nas plantas, vem da Luz; nos animais esta energia está armazenada na molécula de ATP

10 No Metabolismo ocorrem reações de óxido-redução Revisão: Oxidação e redução As reações de oxido-redução ocorrem quando uma espécie química perde elétrons, oxidando-se; enquanto a outra espécie ganha elétrons, reduzindo-se. Oxidar é retirar elétrons de um composto. Reduzir é doar elétrons para um composto.

11 Revisão Na reação: Zn (s) + CuSO 4(aq) Cu (s) + ZnSO 4(aq) Verifica-se Zn (s) + Cu 2+ (aq) + SO 4 2- (aq) Cu (s) + Zn 2+ (aq) + SO 4 2- (aq) Ou Zn (s) + Cu 2+ (aq) Cu (s) + Zn 2+ (aq) Quem sofreu oxidação? Quem sofreu redução? Zinco Cobre

12 Exercício Organizar os elementos dos conjuntos abaixo, do mais reduzido para o mais oxidado. Fe 3+ ; Fe 2+ ; Fe NAD + ; NADH FADH 2 ; FAD

13 Reações de óxido-redução Nas reações de óxido-redução, há transferência de elétrons de um composto para outro, de modo que o composto que inicia a reação na forma reduzida é oxidado e o que inicia a reação na forma oxidada é reduzido. Exemplo: Degradação da glicose (Respiração) C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 O MAIS REDUZIDO MAIS OXIDADO MAIS OXIDADO MAIS REDUZIDO

14 No Metabolismo As macromoléculas são mais reduzidas que as moléculas menores produzidas (que são mais oxidadas). No final do Catabolismo as macromoléculas (dos nutrientes) são OXIDADAS pelo Oxigênio (respiração). No processo formam-se moléculas menores (mais oxidadas), CO 2 (oxidado, expiração) e H 2 O. No Anabolismo ocorre o processo inverso. As moléculas menores (mais oxidadas) são reduzidas e originam moléculas maiores (mais reduzidas)

15 No metabolismo há um fluxo de elétrons e prótons Nas reações biológicas de óxido-redução participam cofatores (coenzimas) que transportam elétrons e prótons Ex: NAD + /NADH; FAD/FADH 2

16 Resumo MACROMOLÉCULAS (REDUZIDAS) MOLÉCULAS MENORES (OXIDADAS) E CATABOLISMO Coenzimas oxidadas (NAD + ; FAD) Elétrons e Prótons Coenzimas reduzidas (NADH; FADH 2 ) ANABOLISMO MACROMOLÉCULAS (REDUZIDAS) MOLÉCULAS MENORES (OXIDADAS) E

17 Exemplo de reação biológica de óxido-redução C O CH 3 Piruvato Substrato Oxidado COO- COO- + NADH + H + H C OH + NAD + CH 3 Coenzima Reduzida Lactato desidrogenase lactato Produto Reduzido Coenzima Oxidada

18 Enzima: Lactato desidrogenase NADH O C C O O NAD + O H C C O OH C H 3 C H 3 COO- COO- C O CH 3 + NADH + H + H C OH + NAD + CH 3 Piruvato lactato

19 Onde ocorre a oxidação das coenzimas reduzidas? Na mitocôndria, as coenzimas reduzidas são oxidadas pelo Oxigênio (do ar que respiramos) NADH e FADH 2 + O 2 NAD + e FAD + H 2 O Neste processo está acoplada a síntese de ATP

20 ATP a principal molécula que armazena energia no Metabolismo CATABOLISMO ADP + Pi ATP ANABOLISMO A Energia fica armazenada na ligação covalente do ATP

21 ESTRUTURA do ATP (Adenosina TriFosfato) Três grupos Fosfato Base nitrogenada - Adenina Ligação N-glicosídica 2 Ligações anidrido do ácido fosfórico Ligação éster Ribose

22 Revisão: Ligação anidrido de ácido O O O O R1-C-OH + HO-C-R2 R1-C-O-C-R2 + H 2 O O R1-C-OH O O O + HO-P-OH R1-C-O-P-OH + H 2 O OH OH O O O O HO-P-OH OH + HO-P-OH HO-P-O -P-O-H OH OH OH + H 2 O Ácido fosfórico

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25 G < 0 - O sistema libera E para o meio G > 0 - O sistema necessita de Energia para ocorrer

26 Não indica a velocidade da reação

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28 Exemplo de acoplamento de reações A + B C Reação Endergônica: Não espontânea ATP ADP + P + Energia Hidrólise do ATP A + B + C Reação ocorre A + B C + Energia Reação Exergônica: Espontânea ADP + P + Energia ATP Síntese do ATP

29 SÍNTESE do ATP ADP + H 3 PO 4 (Pi) ATP + Energia Esta reação necessita de Energia para ocorrer. Go > 0 Para a síntese do ATP a partir de ADP é necessária uma energia de 7,3 Kcal por mol. A Energia vem do catabolismo Uma Enzima específica atua na catálise

30 Hidrólise do ATP em ADP + Fosfato (Pi) ATP ADP + Pi + Energia Rompe-se uma ligação anidrido de ácido fosfórico Esta reação libera Energia para ocorrer. Go < 0 Liberação de 7,3 Kcal por mol de ATP ( Go = - 7,3 Kcal/mol ) Energia utilizada para realizar trabalho (síntese, contração muscular, etc) Enzimas específicas

31 Hidrólise do ADP em AMP + Fosfato (Pi) ADP AMP + Pi + Energia ADP Monophosphate (AMP) Rompe-se uma ligação anidrido de ácido fosfórico Liberação de 7,3 Kcal por mol de ATP ( Go = - 7,3 Kcal/mol ) Enzimas específicas

32 Mapa Metabólico Ciclo de Krebs

33 VIAS METABÓLICAS DEGRADATIVAS - MAPA METABÓLICO SIMPLIFICADO POLISSACARÍDIOS PROTEÍNAS LIPÍDIOS GLICOSE AMINOÁCIDOS ÁCIDOS GRAXOS Setas de ponta dupla indicam transformações químicas reversíveis. Os números entre parênteses indicam o número de átomos de carbono presentes na molécula. Acetil-CoA (2) Oxaloacetato (4) Citrato (6) Malato (4) Ciclo de Krebs Isocitrato (6) Fumarato (4) α Cetoglutarato (5) CO 2 Succinato (4) CO 2 3NADH + 1FADH 2