bioenergética bioquímica para enfermagem prof. dr. didier salmon msc. daniel lima
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BioenergéticaBioquímica para Enfermagem
Prof. Dr. Didier SalmonMSc. Daniel Lima
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Metabolismo
• Tipicamente, uma célula eucariótica possui a capacidade de sintetizar mais de 30,000 proteínas diferentes que catalisam milhares de reações diferentes envolvendo centenas de metabólitos, que partilham mais de uma via metabólica.
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Objetivos do Metabolismo• Produzir energia química em forma de ATP e NADH (NADPH,
FADH2) contida nos combustíveis:
Para sintetizar moléculas complexas partindo de precursores simples = biosíntese
Para realizar um trabalho (ex: contração muscular)
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Longe do Equilíbrio
• A célula de qualquer organismo vivo constitui um sistema estável de reações químicas mantidas afastadas do equilíbrio.
• A célula permanece fora do equilíbrio as custas da energia retirada do meio ambiente.
• Assim, as células, ao sintetizar macromoléculas complexas a partir de precursores simples, produzem e mantêm uma ordem aparentemente contrária a Segunda lei da termodinâmica
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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.”
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Como as células se mantêm longe do equilíbrio?
• Sistemas abertos!– Estruturas dissipativas
– Sistema tende a ir para um aumento da desorganização
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BIOENERGÉTICA
Estudo quantitativo das transformações de energia que ocorrem nas células vivas, bem como da natureza e função dos processos
químicos nelas envolvidos.
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Transdução de Energia
fototróficos quimiotróficos
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Liberados para o meio
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De onde tiramos nossa energia?
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ATP• Trifosfato de adenosina
– “Moeda energética” dos seres vivos– Nucleotídeo trifosfatado
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Hidrólise de ATP
A hidrólise do ATP é exergônica
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G – energia livre de GibbsH – entalpiaS - entropia
Equilíbrio:
aA + bB cC + dD
Energia Livre de Gibbs
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Hidrólise da Fosfocreatina• Molécula de estocagem de energia
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Rotas Metabólicas• Anabolismo
Via Biossintética
• Utilização de energia na forma de trabalho
• Síntese de Biomoléculas
• Multiplicação
• CatabolismoVia degradativa
• Extração de energia
• Simplificação das moléculas a compostos comuns
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Rotas Metabólicas• Anabolismo e catabolismo estão relacionados
• ATP e NADPH produzidos em vias catabólicas são utilizados em vias anabólicas
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Rotas MetabólicasCatabólicas: convergentes Anabólicas: divergentesAlgumas vias são cíclicas, ou seja, um precursor da via é regenerado por meio
de uma série de reações.
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Locais Específicos• As vias metabólicas ocorrem em locais específicos da célula
– Mitocôndria: ciclo do ácido cítrico, fosforilação oxidativa, oxidação de ácidos graxos, degradação de aminoácidos
– Citossol: glicólise, via das pentoses-fosfato, gliconeogênese, biossíntese de ácidos graxos
– Lisossomo: digestão enzimática– Núcleo: replicação e transcrição do DNA, processamento do RNA– Golgi: processamento pós-traducional de proteínas sintetizadas no
retículo– Retículo Endoplasmático
• Rugoso: Síntese de proteínas transmembrana, secretoras e da via endocítica
• Liso: biossíntese de fosfolipídeos e esteroides– Peroxissomos: reações de oxidação (aminoácido-oxidases e catalase)
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Características das Rotas Metabólicas
• Irreversibilidade
A1
BC
2
Ciclo fútil
A=B?
DG’°<0
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Características das Rotas Metabólicas
• Irreversibilidade
A1
BC
2
DG’°<0
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Características das Rotas Metabólicas
• Irreversibilidade
A1
BC
2
DG’°<0
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Irreversibilidade
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Características das Rotas Metabólicas
• Direcionamento– Várias etapas existem para oxidar a glicose mas somente
uma faz sentido nas transformações químicas necessárias para a célula
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• Economia dos Intermediários– Intermediários que participam de forma reversível nas
reações de óxido-redução como transportadores de elétrons• NAD+ e FAD
Características das Rotas Metabólicas
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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.
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NAD+
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FAD
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Voltando ao ATP• ATP = outro intermediário• Cineticamente estável e termodinacamente instável
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Acoplamento de energia• Reações exergônicas (espontâneas) X Reações endergônicas
• DG’° para oxidação completa da glicose em CO2 + H20 ~ 686 kcal/mol (2850 kJ/mol)
• DG’° de hidrolíse de ATP ~7,3 kcal/mol (30,5 kJ/mol)• Acoplamento das reações permite a síntese de várias moléculas de ATP
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Compostos de alta energia• ΔG’º hidrólise < -25 kJ/mol
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Fosfoenolpiruvato
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1,3-bifosfoglicerato
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Fosforilação a nível de substrato• Esses compostos fosforilados tem energia suficiente para
sintetizar o ATP (potencial de transferência de grupo fosfato)
Olha a fosfocreatina aí também!
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Características das Rotas Metabólicas
• 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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Respiração Celular
Glicólise
Ciclo do Ácido Cítrico
Fosforilação Oxidativa
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ATP ADP + H+
ATP ADP + H+
NAD+ + Pi
NADH + H+
ADP ATP
H2O
ADP ATP
NADH + H+ NAD+
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