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Introdução ao Metabolismo
UEZO - Centro Universitário Estadual da Zona Oeste Curso: TECNOLOGIA EM BIOTECNOLOGIA
Disciplina: Bioquímica IIProf. João Bosco de Salles
Ano: 2011ATP
O que é metabolismo ?
Por definição: - Processo geral por meio do qual os sistemas vivos adquirem e usam energia livre para realizarem suas funções.
O que é energia livre?
Existem duas formas de energia útil:
1- Energia livre (G) - porção da energia total de um sistema que está disponível para realizar trabalho a temperatura e pressão constantes.
2- Energia calorífica (H) ou entalpia - porção da energia total que pode realizar trabalho apenas através de mudança de temperatura ou pressão.
Mudanças na energia livre:
– Reações endergônicas –qualquer reação que requer entrada de energia
(Ex.: reações anabólicas)
– Reações exergônicas -qualquer reação que libera energia
(Ex.: reações catabólicas) Notável físico-matemático americano“Pai da termodinâmica”
Por que estudar o metabolismo?
• Conhecer a localização da via metabólica
• Seus substratos e produtos
• A velocidade de geração do produto final
• A regulação da via metabólica
• O rendimento da via metabólica
Anabolismo = processo de síntese – com gasto de energia = consumo de ATP
Catabolismo = degradação - produção de energia = ATP
Metabolismo em animais:
Aeróbico = presença de O2 = Mitocôndrias = [ ATP]
Anaeróbico = ausência O2 = Citoplasma = [ ATP]
ANABOLISMO x CATABOLISMO
ACOPLAMENTO DE VIAS METABÓLICA
ANABOLISMOCATABOLISMO
Metabólitos complexos
Produtos simples
Reações catabólicas
• Carboidratos
• Lipídeos
• Proteínas
Oxidação exergônica
Redução do oxigênio
Produção de CO2
ATP
O que são vias metabólicas?
• Uma série de reações enzimáticas relacionadas que
produzem produtos específicos.
Exemplos: via glicolítica (glicólise), ciclo do ácido tricarboxílico
(Ciclo de Krebs)...
- Existem mais de 2000 reações metabólicas conhecidas –cada uma catalisada por uma enzima
Importante: muitas vias são ramificadas e interligadas
QUAL A IMPORTÂNCIA DAS ENZIMAS NO METABOLISMO?
• Alta velocidade das reações
• Especificidade (evita a formação de produtos inúteis ou tóxicos)
• Propiciam o acoplamento de reações exergônicas e endergônicas
COMPARTIMENTALIZAÇÃO E INTERAÇÕES DE VIAS METABÓLICAS
CONTROLE DO FLUXO METABÓLICO
Controle rápido: segundos a minutos
- Controle alostérico (Ex.: retroalimentação negativa)
- Modificação covalente (Ex.: fosforilação X desfosforilação)
- Ciclos do substrato – velocidades diretas (Vd) e inversas (Vi) são controladas por diferentes enzimas
Controle lento: horas a dias
- Síntese protéica
Feedback negativo (retro-inibição)
Quando a célula produz quantidades grandes de um produto em particular, esse produto automaticamente inibe uma enzima da própria via.
Regulação enzimática porfosforilação X desfosforilação
COMPOSTOS DEALTA ENERGIA
- Compostos capazes de doar energia para diversasreações metabólicas ou ainda, transferir grupos fosfatos para outras moléculas
Trifosfato de adenosina
(1 Adenosina + 3 Fosfatos)
Por que o ATP é a principal
moeda energética celular?
ATPADP
FOSFOGLICERATO –CINASE
1,3-BIFOSFOGLICERATO
FOSFOENOLPIRUVATO
PIRUVATO-CINASE
Creatina fosfato – reserva de ATP(TECIDO MUSCULAR E NERVOSO)
CREATINA -CINASE
EXERCÍCIOFÍSICO
REPOUSO
Tipos de Exercício
• Aeróbio - Baixa
intensidade e
longa duração
• Anaeróbio - Alta
intensidade e curta
duração
Anaeróbio CP -ATP
Glicólise
AeróbioGlicóliseLipólise
Proteólise
Regeneração de ATP
Rendimento Energético
CP - ATP
CP-ATP
esforço máximo de 14 segundos
0
20
40
60
80
100
120
0 2 4 6 8 10 12 14
Tempo (s)
% d
o v
alo
r d
e r
ep
ou
so
ATP
CP
Exercício e Recuperação
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
Tempo (minutos)
CP
(m
mo
l/K
g m
úsculo
)
100 metros rasos
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 20 40 60 80 100 120
Distância (m)
Ve
locid
ade
(K
m/h
)
(Pela Via Aeróbia)
Carboidratos
Cadeia Respiratória
NADH E-FMN
Q b
c1 c
a
a3
O2
FADH
ATP
ATP
ATP
Cálculo de Rendimento
Glicólise 2 ATP
Substrato1 x 2 = 2 ATP
NADH24 x 2 x 3 = 24 ATP
FADH21 x 2 x 2 = 4 ATP
Lançadeira de elétrons (NADH2) 2 x 3 = 6 ATP
Rendimento Energético
38 ATP / Glicose
Lipídios
-Oxidação
16C 14C 10C12C 8C 6C 4C 0C
AcCoA AcCoA AcCoA AcCoA AcCoA AcCoA
2AcCoA
FADH2
NADH2
FADH2
NADH2
FADH2
NADH2
FADH2
NADH2
FADH2
NADH2
FADH2
NADH2
FADH2
NADH2
Balanço Energético
Ativação - (- 2 ATP)
β-oxidação - 7 x 5 ATP = + 35 ATP
C. Krebs - 8 x 12 ATP = + 96 ATP
Total = + 129 ATP / Palmitato
1 Palmitato = 129 ATP
1 Glicose = 38 ATP
X
POR QUE TÃO GRANDE DIFERENÇA?
SISTEMA ANAERÓBIO LÁTICO
Produção de ATP:
Glicose: 2 moléculas
Quandoocorre?
Contribuição da Produção Aeróbia e Anaeróbia de ATP durante o exercício
máximo
Tempo Segundos Minutos
% 10 30 60 2 4 10 30 60 120
ProduçãoAeróbia
10 20 30 40 65 85 95 98 99
ProduçãoAnaeróbia
90 80 70 60 35 15 5 2 1
Sistemas
Alimento ou
Combustível Químico
VelocidadeProdução de
ATP
ATP-CP Fosfocreatina Mais rápida Pouca/limitada
Anaeróbio Lático
Glicogênio
(glicose)Rápida Pouco/limitada
Aeróbio CHO,GO,PO Lenta Muita/ilimitada
CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS SISTEMAS DE PRODUÇÃO DE ATP
“ SE PUDERMOS DAR A CADA INDIVÍDUO
A QUANTIDADE EXATA DE NUTRIENTES
E DE EXERCÍCIO, QUE NÃO SEJA
INSUFICIENTE NEM EXCESSIVA,
TEREMOS ENCONTRADO O CAMINHO
MAIS SEGURO PARA A SAÚDE.”
Hipócrates (c. 460 – 377 a.C.)