aula 2 bioenergética e metabolismo de carboidratos

Aula 2

Bioenergética eMetabolismo de carboidratos

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



• Direcionamento


• Regulação



• Direcionamento


• 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



• Direcionamento


• 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.



• Direcionamento


• 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.”

Células são sistemas abertos que tendem a desordem!

Fototróficos Quimiotróficos

Transdução de energia

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.

Fosfocreatina: Outra molécula de estocagem de energia

Hidrólise do fosfoenolpiruvato (PEP)

Hidrólise do 1,3-difosfoglicerato

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)

FADFAD FADH2

(oxidado) (reduzido)

Metabolismo de carboidratos

• 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)

Monossacarídeos possuem centros de assimetria

Isômeros óticos (enantiômeros):Formas D e L

Classsificação quanto ao número de carbonos

Estruturas cíclicas

Forma linear Forma cíclica

Grupamento acetal (apresenta quiralidade)

OBS: Aldoses geram grupamento acetal; Cetoses geram grupamento cetal

Estruturas cíclicas

5 carbonos:

6 carbonos:

• Grupo hidroxil substitído por outros grupos; ou carbonila oxidada gerando uma carboxila.

• Outra modificação importante é a fosforilação.

Monossacarídeos modificados

Extremidade redutora

Formação de polímeros

Formação de polímeros

Açúcar não-redutor

1 extremidade redutora

Açúcar não-redutor

Glicose FrutoseLigação: 1,2

SACAROSE

Glicose Galactose

Ligação: 1,4

LACTOSE

Dissacarídeos

Celulose: Unidades de glicose unidas por ligações glicosídicas 1,4.

Polissacarídeos

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

• Bioenergética: são degradados para ressintetise de ATP

• Estrutural: a parede celular dos vegetais, a celulose.

• Reserva de energia: amido (vegetais), glicogênio (animais), trealose (insetos)

• Moléculas de adesão (membrana plasmática)

Funções gerais dos carboidratos

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