metab energÉtico
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METABOLISMO CELULAR
•Conjunto de reações químicas celulares altamente dirigido e coordenado, no qual muitos sistemas multienzimáticoscooperam para realizar quatro funções centrais:
Obter energia química
Converter moléculas dos nutrientes em moléculas utilizáveis pelas células (precursores monoméricos)
Polimerizar precursores monoméricos em proteínas, polissacarídeos, lipídeos, ácido nucléicos e outros componentes celulares
Sintetizar e degradar as biomoléculas necessárias para as funções celulares
•Metabolismo: vias metabólicas centrais são em pequeno número e similares em várias formas de vida (ex.: glicólise)
•Divide-se em:
Vias catabólicas: degradam os nutrientes em moléculas menores
Liberam energia e subunidades constitutivas
Vias anabólicas ou biossintéticas: síntese de todas as moléculas celulares
Usam energia liberada pelo catabolismo
METABOLISMO CELULAR
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METABOLISMO CELULAR
METABOLISMO CELULAR•Todo ser vivo precisa de uma fonte química para obtenção de energia: composto orgânico
•De acordo com a forma de obtenção destes compostos orgânicos, os seres vivos são:
Autotróficos: CO2 do meio como fonte de C para biomoléculas; organismos fotossintetizantes (algas, plantas, cianobactérias e bactéria fotossint.) e quimiossintetizantes(algumas bactérias)
Heterotróficos: moléculas orgânicas complexas do meio como fonte de C (ingestão ou absorção); maioria bactérias, protozoários, fungos e animais
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METABOLISMO CELULAR
Vida de todos os heterotróficos: energia armazenada nas ligações químicas de moléculas orgânicas feitas pelos organismos autotróficos e nos átomos liberados por elasPrincipal fonte energética das cadeias alimentares: SOLEnergia solar é incorporada à biosfera através da FOTOSSÍNTESEFotossíntese: conversão da energia eletromagnética→energia química (ligações)
METABOLISMO CELULAR
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REAÇÕES DE OXIRREDUÇÃO
Células: oxidação da matéria orgânica em etapas (vias metabólicas enzimáticas)Oxidação: reação de remoção de e-
Redução: reação de adição de e-
Sempre ocorrem simultaneamente: no de e- é conservadoExemplo: respiração celularAçúcar oxidado a CO2 e H2OO2 é reduzido: H2O
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REAÇÕES DE OXIRREDUÇÃO
METABOLISMO CELULARCélulas: obedecem a todas as leis físicas e químicasEnzimas: não tornam possíveis reações desfavoráveisComo as células fazem para resolver este impasse?ACOPLAMENTO DE REAÇÕES: reações energeticamente favoráveis liberam energia que éutilizada por reações energeticamente desfavoráveis
Reações energeticamente favoráveis ou espontâneas:
∆G negativo (exergônicas)•Reações energeticamente desfavoráveis ou não espontâneas:
∆G positivo (endergônicas)
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METABOLISMO CELULAR
HIDRÓLISE SÍNTESE (CONDENSAÇÃO)
METABOLISMO CELULARCarreadores ativados: energia facilmente permutável Grupo químico que pode ser transferidoElétrons ricos em energia
Frequentemente chamados de COENZIMASMais importantes: ATP (adenosina trifosfato): mais abundanteSuprimento de energia para transporte ativo (MPs)Motores moleculares: células musculares
NADH (nicotinamida adenina dinucleotídeo reduzido)NADPH (nicotinamida adenina fosfato dinucleotídeoreduzido)
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ATP
∆G: - 30,5 kJ.mol-1
(energia utilizável)
•Sintetizado a partir da fosforilação do ADP: reação altamente desfavorável do ponto de vista energético•Quando necessário, o ATP doa parte desta energia através da hidrólise desta ligação altamente favorável energeticamente falando: gera ADP + Pi
METABOLISMO CELULAR
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Sistema ATP-CPATPFosfocreatina
Sistema Ácido lácticoVia glicolítica anaeróbia (fermentaçãohomoláctica)
Sistema AeróbicoRespiração celular (Ciclo de Krebs e Cadeia transportadora de elétrons)
SISTEMAS ENERGÉTICOS HUMANOS
Sistema ATP-CP
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Sistema ATP-CP
• Condições anaeróbicas: utilização do glicogênio muscular e fígado, glicose sanguinea (não gorduras nem proteínas)
• Produção rápida de ATP• Importante em:
– Atividades mais longas que poucos segundos:• Creatina-P depletada/limitada
– Atividades muitos intensas para metabolismo aeróbico:• Demanda de oxigênio limitada
Sistema Ácido Láctico
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• Metabolismo aeróbico de carboidratos: – Glicólise, Ciclo de Krebs e Cadeia transportadora de elétrons
• Alta produção de ATP• Fonte primária de energia em atividades de altaintensidade: endurance (~< 30 min)
Respiração Aeróbica
METABOLISMO DE CARBOIDRATOS
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Papel dos carboidratos no organismo:metabolismo
energético e desempenho nos exercícios
Fonte de energia (ATP)Preservação das proteínasAtivador metabólicoCombustível para o Sistema Nervoso Central
METABOLISMO DE CARBOIDRATOS
CARBOIDRATOSCARBOIDRATOS
ALTA INTENSIDADECURTA DURAÇÃO
GLICOGÊNIO MUSCULAR
(e Sistema ATP-CP)
GLICOGÊNIOMUSCULAR
GLICOSE SANGUÍNEA
MÉDIA INTENSIDADELONGA DURAÇÃO
FÍGADO
METABOLISMO DE CARBOIDRATOS
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METABOLISMO DE CARBOIDRATOS
GLICÓLISEGLICÓLISE•Fermentação alcoólica da glicose: explorada há séculos (panificação, vinhos, cerveja, etc.)
•1940: via completa da glicólise foi descritaGlicólise ou Via Glicolítica ou Via de de Embden-
Meyerhof-ParnasGlicólise ou Via Glicolítica ou Via de de Embden-
Meyerhof-Parnas
Seqüência de 10 reações enzimáticasSeqüência de 10 reações enzimáticas
Onde ocorre? Quais condições?Onde ocorre? Quais condições?
Glicose + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi→2 piruvato + 2 NADH + 2 ATP + 2 H2O + 4 H+
Glicose + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi→2 piruvato + 2 NADH + 2 ATP + 2 H2O + 4 H+
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GLICÓLISEGLICÓLISE
ESTÁGIO 1ESTÁGIO 1
Por que 2 estágios?
Produtos?
Reações?
Por que 2 estágios?
Produtos?
Reações?
ESTÁGIO 2ESTÁGIO 2
15
GLICÓLISEGLICÓLISE•Reação 1: transferência de um grupo P do ATP para a glicose
•Ativação da glicose: glicose-6-P (G6P)→reação irreversível
H O
OH
H
OHH
OH
C H2OH
H
OH
H H O
OH
H
OHH
OH
C H2OP O32−
H
OH
H
23
4
5
6
1 1
6
5
4
3 2
ATP ADP
Mg2 +
glicose glicose-6-fosfato-
Hexocinase
Por que fosforilar? Substratos da hexocinase? Inibidor? Papel do cofator Mg2+?
*Ponto controle VG
Por que fosforilar? Substratos da hexocinase? Inibidor? Papel do cofator Mg2+?
*Ponto controle VG
GLICÓLISEGLICÓLISE•Reação 2: conversão da G6P→frutose-6-P (F6P)
H O
OH
H
OHH
OH
C H2OP O32−
H
OH
H
1
6
5
4
3 2
C H2OP O32−
OH
C H2OH
H
OH H
H H O
O
6
5
4 3
2
1
Fosfoglicose IsomeraseG6P F6P
•Reação 3: fosforilação da F6P→frutose-1,6-bifosfato (FBP)
Por que?Por que?
C H2OP O32 −
OH
C H2OH
H
O H H
H H O
O
6
5
4 3
2
1 C H2O P O32 −
OH
C H2O P O32 −
H
O H H
H H O
O
6
5
4 3
2
1
A TP ADP
M g2+
frutose-6 - frutose -1,6 -bifosfato
Fosfofrutocinase
fosfato
**Ponto controle VG
**Ponto controle VG
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GLICÓLISEGLICÓLISE•Reação 4: clivagem da FBP(6C)→1 gliceraldeído-3-P (GAP) + 1 diidroxiacetona-3-P (DHAP)
6
5
4
3
2
1CH2OPO32−
C
C
C
C
CH2OPO32−
O
HO H
H OH
H OH
3
2
1
C H2OPO32−
C
C H2OH
O
C
C
CH2OP O32−
H O
H OH+
1
2
3
FBP
Aldolase
Triosefosfato Isomerase (TIM)
DHAP GAP
Clivagem de aldol? Requerimentos?
Importância da reação 2?
Clivagem de aldol? Requerimentos?
Importância da reação 2?
•Reação 5: isomerização DHAP→ GAP
Balanço estágio 1?Balanço estágio 1?
GLICÓLISEGLICÓLISE
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GLICÓLISEGLICÓLISE
GLICÓLISE: ESTÁGIO 1GLICÓLISE: ESTÁGIO 1
FOSFORILAÇÃO
ISOMERIZAÇÃO
FOSFORILAÇÃO
CLIVAGEM
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GLICÓLISEGLICÓLISE•Reação 6: formação do primeiro intermediário de “alta energia”
•Oxidação e fosforilação do (2) GAP por NAD+ e Pi→1,3-bifosfoglicerato (1,3-BPG)
•Energia de oxidação: conservada na forma de 1,3-BPG e no NADH
C
C
C H2OP O32−
H O
H OH
C
C
C H2OP O32−
O OP O32−
H OH+ Pi
+ H+
NAD+ NADH1
2
3
2
3
1
GAP
Gliceraldeído-3-P-desidrogenase
1,3-BPG
GLICÓLISEGLICÓLISE•Reação 7: primeira geração de ATP (fosforilação no nível do substrato)
•Transferência de um P do 1,3-BPG para o ADP→3-PG e ATP
C
C
C H2OPO32−
O OP O32−
H OH
C
C
C H2OPO32−
O O−
H OH
ADP ATP
1
22
3 3
1
Mg2 +
1,3-BPG 3-fosfoglicerato
Fosfoglicerato-cinase
Fosforilação no nível do substrato? Tipos?
Fosforilação no nível do substrato? Tipos?
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GLICÓLISEGLICÓLISE•Reação 8: conversão do 3-PG→2-PG
C
C
C H2OH
O O−
H OP O32−
2
3
1C
C
C H2OP O32−
O O−
H OH2
3
1
3-fosfoglicerato
Fosfoglicerato Mutase
2-fosfoglicerato
Diferença transferase e mutase?
Diferença transferase e mutase?
•Reação 9: desidratação do 2-PG→fosfoenolpiruvato (PEP)
C
C
CH2OH
O O−
H OPO32−
C
C
CH2OH
−O O
−
OPO32−
C
C
CH2
O O−
OPO32−
OH−
2
3
1
2
3
1
H+
2-PG enolato PEP
Enolase Fluoreto?Fluoreto?
GLICÓLISEGLICÓLISE•Reação 10: clivagem do PEP e síntese de ATP (acoplamento)
•Necessidade de cofatores: K+ e Mg2+; altamente exergônica
Piruvato cinase(PK)
Fosfoenolpiruvato (PEP)
Piruvato
*Ponto controle VG*Ponto
controle VG
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Geração de composto de “alta energia”
Fosforilação(NS)
Rearranjo
Geração de composto de “alta energia”
Fosforilação(NS)
GLICÓLISEGLICÓLISE
GLICÓLISEGLICÓLISE•Produtos:
1. ATP ESTÁGIO 1: 2 ATP/glicose (gastos)
ESTÁGIO 2: 4 ATP/glicose (gerados)
Saldo: 2 ATP/glicose
2. NADH: oxidação da glicose
ESTÁGIO 2: 2 NADH/glicoseDestinos?
3. PIRUVATO: oxidação parcial da glicose
ESTÁGIO 2: 2 piruvato/glicoseDestinos?
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