aula 2 bioenergética e metabolismo de carboidratos
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ANABOLISMO
AminoácidosGlicídeos
Ácidos Graxos
ProteínasPolissacarídeos
Lipídeos
Energia química
CarboidratosGordurasProteínas
CATABOLISMO
CO2
H2ONH3
De onde vem a energia pra estas atividades?
Metabolismo
Atividade coordenada em um sistema multi-
enzimático para:
obter energia química através da luz solar
(fototróficos) ou de nutrientes disponíveis
no meio-ambiente (quimitróficos);
converter micronutrientes em
biomacromóleculas;
sintetizar ou degradar biomóleculas
A
1
BC
2
ciclo fútil
A=B?DG’°<0
Características das rotas metabólicas:
• Irreversibilidade
• Direcionamento
• Economia dos intermediários
• Regulação
A
1
BC
2
DG’°<0
Características das rotas metabólicas:
• Irreversibilidade
• Direcionamento
• Economia dos intermediários
• Regulação
A
1
BC
2
DG’°<0
Características das rotas metabólicas:
• Irreversibilidade
• Direcionamento
• Economia dos intermediários
• Regulação
Características das rotas metabólicas:
• Irreversibilidade
• Direcionamento
• Economia dos intermediários
• Regulação
Várias etapas existem para oxidar a glicose mas somente uma faz sentido nas transformações químicas necessárias para a célula
Intermédiários que participam de forma reversível nas reções de oxido-redução como transportadores de életrons
Características das rotas metabólicas:
• Irreversibilidade
• Direcionamento
• Economia dos intermediários
• Regulação
1) Limitado pelo substrato (reação em equilíbrio).
2) Limitado pela enzima (reação exergônica) – passo limitante da via.
3) Enzimas específicas (pelo menos uma) para catalisar apenas anabolismo ou catabolismo.
Características das rotas metabólicas:
• Irreversibilidade
• Direcionamento
• Economia dos intermediários
• Regulação
• Produzir energia química em forma de ATP e NADH (NADPH, FADH2, etc)
Para sintetizar moléculas complexas partindo de precursores simples (anabolismo ou biosíntese)
Para realizar um trabalho (ex: contração muscular)
Objetivos do metabolismo
• Vias catabólicas: convergentes• Vias anabólicas: divergentes• Algumas vias são cíclicas, ou seja, um precursor da via é regenerado por meio
de uma série de reações.
Rotas metabólicas
Bioenergética
• Bioenergética é o estudo quantitativo da transdução de energia que ocorre nas
células bem como os processos químicos envolvidos.
• 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 aparente...
• Isso é contrário à Segunda lei da termodinâmica ?! Ou não?!
Bioenergética
Termodinâmica
• Primeira lei da termodinâmica: 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 da termodinâmica: tendência do universo à desordem crescente.“Em todos os processos naturais, a entropia do universo aumenta.”
Unidades termodinâmicas que descrevem a variação de energia:
• Energia Livre de Gibbs, G: quantidade de energia necessária para realizar uma reação a temperatura e pressão constantes.
• Entalpia, H: calor contido no sistema reacional.
• Entropia, S: quantidade desordem do sistema.
Bioenergética
Energia livre de Gibbs
G – energia livre de GibbsH – entalpiaS - entropia
Equilíbrio:
aA + bB cC + dD
(ΔG’° = ΔG padrão: medido sob condições de temperatura, pressão e concentração constantes)
Reações exergônicas (espontâneas) X Reações endergônicas
ΔG’° para oxidação completa da glicose em CO2 + H20 ~ 686 kcal/mol (2850 kJ/mol)ΔG’° de hidrólise de ATP ~7,3 kcal/mol (30,5 kJ/mol)
Acoplamento das reações permite a síntese de várias moléculas de ATP
Acoplamento de energia
ATP: “Moeda” energética Hidrólise do ATP:
A liberação de ADP e Pi é mais estável do que o composto por ATP.
Liberação de energia.
ΔG’° hidrólise < -25 kJ/mol
Compostos de alta energia
Alguns desses compostos fornecem energia suficiente para sintetizar ATP
Coenzimas como transportadores de elétrons
Reações de oxidação-redução:
Agente redutor: molécula doadora de elétronsAgente oxidante: molécula receptora de elétrons
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O
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.
NAD+/FAD NADH/FADH2
NAD
• Forma ativa da coenzima B3;
• Encontrada nas células de todos os seres vivos;
• Usado como "transportador de elétrons" nas reações metabólicas de oxi-redução
NAD+ NADH(oxidado) (reduzido)
• Compostos orgânicos com pelo menos três carbonos, onde todos os carbonos possuem um grupamento hidroxil, com exceção de um carbono que possui um grupamento carbonil;
• Podem ser aldoses (carbonil em uma posição terminal) ou cetoses (carbonil em posição não-terminal);
• Fórmula geral (CH2O)n.
Carboidratos
Classes de carboidratos
Polissacarídeo
Oligossacarídeo
Dissacarídeo
Monossacarídeo
(>20 unidades monossacarídicas)
Estruturas cíclicas
Forma linear Forma cíclica
Grupamento acetal (apresenta quiralidade)
OBS: Aldoses geram grupamento acetal; Cetoses geram grupamento cetal
• Grupo hidroxil substitído por outros grupos; ou carbonila oxidada gerando uma carboxila.
• Outra modificação importante é a fosforilação.
Monossacarídeos modificados
Amido: Composto de duas frações: amilose (A) e amilopectina (B), que correspondem, respectivamente, a cerca de 20% e 80% do amido na maioria das plantas. • Amilose é composta por cadeias lineares de resíduos de glicose unidos por ligações
1,4. • Amilopectina contém cadeias lineares curtas, cerca de 24-30 unidades de glicose e
cadeias ramificadas formadas por ligações 1,6.
AMILOSE: cadeia linear / ligações 1,4
AMILOPECTINA: cadeia linear / ligações 1,4 cadeia ramificada / ligações 1,6
Polissacarídeos
Glicogênio: As cadeias da molécula de glicogênio assemelham às da amilopectina, embora sejam mais ramificadas (13 resíduos de glicose e duas ramificações por cadeia). As unidades de glicose estabelecem ligações 1,4 nos segmentos lineares, é ligações 1,6 nas ramificações.
Polissacarídeos
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