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Prof. Didier SalmonMSc Cristiane S. Lessa
METABOLISMO ENERGÉTICO
Dezembro 2015
Bioquímica para Enfermagem
14/12/15
Estudo quantitativo das transformações de energia (reações químicas) que ocorrem nas células vivas, bem
como da natureza e função dos processos químicos nelas envolvidos
São principalmente responsáveis pela síntese e degradação de nutrientes, processo fundamental para o
crescimento e desenvolvimento celular
Manutenção da vida
Metabolismo Energético
Manutenção da vida
Uma célula eucariótica possui a capacidade de sintetizar mais de 30,000 proteínas diferentes
Estas catalisam milhares de reações diferentes envolvendo centenas de metabólitos, que partilham mais de uma via metabólica
Metabolismo EnergéticoProdução de energia química em forma de ATP e NADH (NADPH e
FADH2)
Utilização de energia contida nos alimentos para realizar a síntese de
macromoléculas e aproveitar em ‘trabalho’
Síntese de moléculas complexas: fotossíntese (fase escura), gliconeogênese, síntese de
carboidratos,..
Formas de utilização da energia obtida: contração muscular,
manutenção de um gradiente eletroquímico, etc.
Quais são os objetivos?
A célula de qualquer organismo vivo constitui um sistema estável de reações químicas mantidas afastadas do equilíbrio.
A célula permanece fora do equilíbrio a custa da energia retirada do meio ambiente.
Assim, as células sintetizando macromoléculas complexas a partir de precursores simples, produzem e mantem uma ordem aparentemente contrária a Segunda lei da termodinâmica
TermodinâmicaQuais são as leis da termodinâmica?
Primeira Lei: 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.”
Segunda Lei: tendência do universo à desordem crescente
“Em todos os processos naturais, a entropia do universo aumenta.”
Entro
pia
EntalpiaEntropia = energia
Entalpia = grau de desordem
O que é Bioenergética?
Estudo quantitativo das transformações de energia que ocorrem em sistemas vivos, assim como a natureza e função dos processos químicos envolvidos.
Adenosina Trifosfato - ATP
Nucleotídeo trifosfatado+
Açúcar (ribose)+
Base nitrogenada purínica Adenina
Gasto de energia = gasto de ATP
ATP perde um fosfato durante o gasto energético –
ADP (adenina difosfato)
Moeda energética
Energia livre de ativação de Gibbs: razão entre o estado de energia livre na
etapa intermediária e o substrato
Energia livre de Gibbs
G – energia livre de GibbsH – entalpiaS - entropia
Equilíbrio:
aA + bB cC + dD
A reação para síntese do ATP é desfavorável, ∆G = +30,5
A hidrólise da fosfocreatina libera mais energia, ∆G = -43,0
O acoplamento das reações, hidrólise da fosfocreatina + síntese de ATP torna a última reação favorável.
Rotas MetabólicasSão reações em conjunto com a finalidade de produzir ou degradar determinado produto
Ex. glicólise
Existem dois tipos de rotas:
catabólicas (onde há degradação, ou “quebra” de compostos);
anabólicas (formação de compostos – síntese).
As vias catabólicas são acompanhadas por liberação de energia livre, enquanto o anabolismo requer energia para ser realizado.
Rotas Metabólicas
Catabolismo – Simplificação de moléculas a compostos comuns
Produtos finais
Produtos finais do catabolismo são utilizados
Anabolismo – Síntese de biomoléculas
Moléculas dos alimentos (carboidratos, gorduras) CO2 +H2O + energia útil
Energia útil + precursores simples Moléculas complexas
Algumas vias são cíclicas, ou seja, um precursor da via é regenerado por meio de uma série de reações
Convergente
Divergente
Irreversibilidade Direcionamento Economia dos intermediários Regulação
Características das Rotas Metabólicas
Características das Rotas Metabólicas
A1
BC
2
Ciclo fútil
A=B?
DG’°<0
Irreversibilidade Direcionamento Economia dos intermediários Regulação
A
1
BC
2
DG’°<0
Irreversibilidade Direcionamento Economia dos intermediários Regulação
Características das Rotas Metabólicas
A
1
BC
2
DG’°<0
Irreversibilidade Direcionamento Economia dos intermediários Regulação
Características das Rotas Metabólicas
A gliconeogênese utiliza desvios em cada uma dessas três reações, consumindo ATP sem realizar nenhum trabalho
ATP + Frutose-6-fosfato ADP + Frutose-1,6-bifosfato
ATP +H2O ADP +Pi + CALOR
Frutose-1,6-bifosfato +H2O Frutose-6-fosfato +Pi
PFK1
FBPase1
Várias etapas existem para oxidar a glicose, mas somente uma faz sentido nas transformações químicas necessárias à célula.
Irreversibilidade Direcionamento Economia dos intermediários Regulação
Características das Rotas Metabólicas
Intermediários que participam de forma reversível nas reações de oxido-redução como transportadores de elétrons.
NAD+ NADH
FAD FADH2
Irreversibilidade Direcionamento Economia dos intermediários Regulação
Reações de óxido-redução:
Agente redutor: molécula doadora de elétrons
Agente oxidante: molécula receptora de elétronsC6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O
NAD+ NADHFAD FADH2
Os nucleotídeos NAD+, NADP+, FMN e FAD são coenzimas hidrossolúveis que sofrem oxidações e reduções reversíveis em muitas das reações metabólicas de transferência de elétrons.
Características das Rotas Metabólicas
Coenzimas como transportadores de elétrons• Reações de oxidação-redução:
Agente redutor: molécula doadora de elétronsAgente oxidante: molécula receptora de elétrons
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O
NAD+/FAD NADH/FADH2
• Os nucleotídeos NAD+, NADP+, FMN e FAD são coenzimas hidrossolúveis que
sofrem oxidações e reduções reversíveis em muitas das reações metabólicas de transferência de elétrons.
Energia Acoplada
Reação exergônica = reação espontânea
Reação endergônica = reação enzimática
∆G’° para oxidação completa da glicose em CO2 + H20 ~ 686 kcal/mol (2840 kJ/mol)∆G’° de hidrolíse de ATP ~7,3 kcal/mol (30,5 kJ/mol)Acoplamento das reações permite a síntese de várias moléculas de ATP
Hidrólise do 1,3-difosfoglicerato
Compostos fosforilados tem energia suficiente para sintetizar o ATP potencialpara transferir o grupo fosfato
Características das rotas
Irreversibilidade Direcionamento Economia dos intermediários Regulação
Limitado pelo substrato (reação em equilíbrio).
Limitado pela enzima (reação exergônica) – passo limitante da via.
Enzimas específicas (pelo menos uma) para catalisar apenas anabolismo ou catabolismo
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