BioenergéticaBioquímica para Enfermagem
Prof. Dr. Didier SalmonMSc. Daniel Lima
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.
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)
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
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.”
Como as células se mantêm longe do equilíbrio?
• Sistemas abertos!– Estruturas dissipativas
– Sistema tende a ir para um aumento da desorganização
BIOENERGÉTICA
Estudo quantitativo das transformações de energia que ocorrem nas células vivas, bem como da natureza e função dos processos
químicos nelas envolvidos.
Transdução de Energia
fototróficos quimiotróficos
Liberados para o meio
De onde tiramos nossa energia?
ATP• Trifosfato de adenosina
– “Moeda energética” dos seres vivos– Nucleotídeo trifosfatado
Hidrólise de ATP
A hidrólise do ATP é exergônica
G – energia livre de GibbsH – entalpiaS - entropia
Equilíbrio:
aA + bB cC + dD
Energia Livre de Gibbs
Hidrólise da Fosfocreatina• Molécula de estocagem de energia
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
Rotas Metabólicas• Anabolismo e catabolismo estão relacionados
• ATP e NADPH produzidos em vias catabólicas são utilizados em vias anabólicas
Rotas MetabólicasCatabólicas: convergentes Anabólicas: divergentesAlgumas vias são cíclicas, ou seja, um precursor da via é regenerado por meio
de uma série de reações.
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)
Características das Rotas Metabólicas
• Irreversibilidade
A1
BC
2
Ciclo fútil
A=B?
DG’°<0
Características das Rotas Metabólicas
• Irreversibilidade
A1
BC
2
DG’°<0
Características das Rotas Metabólicas
• Irreversibilidade
A1
BC
2
DG’°<0
Irreversibilidade
Características das Rotas Metabólicas
• Direcionamento– Várias etapas existem para oxidar a glicose mas somente
uma faz sentido nas transformações químicas necessárias para a célula
• 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
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.
NAD+
FAD
Voltando ao ATP• ATP = outro intermediário• Cineticamente estável e termodinacamente instável
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
Compostos de alta energia• ΔG’º hidrólise < -25 kJ/mol
Fosfoenolpiruvato
1,3-bifosfoglicerato
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!
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.
Respiração Celular
Glicólise
Ciclo do Ácido Cítrico
Fosforilação Oxidativa
ATP ADP + H+
ATP ADP + H+
NAD+ + Pi
NADH + H+
ADP ATP
H2O
ADP ATP
NADH + H+ NAD+