METABOLISMO ENERGÉTICO

METABOLISMO

Conjunto de reações químicas altamente coordenadas que ocorrem nas células ou no interior de organismos vivos.

Objetivos do metabolismo

Obter energia química (em forma de ATP, NADH, NADPH e FADH2) por captação da energia solar ou degradação dos nutrientes

Converter as moléculas dos nutrientes em moléculas com características próprias da célula ou prepursores

Formar macromoléculas necessárias as funções celulares Sintetizar e degradar macromoléculas

Rotas metabólicas

Conjunto de reação que produz ou degrada um determinado produto (substrato) ou conjunto de produto. Ex: Glicólise

Catabólicas (degradação ou “quebra” de compostos)Anabólicas (síntese, ou seja, formação de compostos)

As vias catabólicas são acompanhadas por liberação de energia livre, enquanto o anabolismo requer energia para ser realizado.

Bioenergética

Estudo quantitativo das transformações de energia que ocorrem dentro da célula viva, bem como na natureza, em função dos processos químicos nelas envolvidos.

Os sistemas biológicos respeitam as leis gerais 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.”

Sistema tende a ir para um aumento da desorganização

Fototróficos Quimiotróficos

Transdução de energia

De onde tiramos nossa energia?

Dieta

As células funcionam sob sistema de isoterma, ou seja, funcionam à temperatura constante.

Desta forma a única fonte de energia que as células utilizam é a energia livre de Gibbs (G°) que permite predizer a direção das reações químicas, o equilíbrio químico e quantidade de trabalho necessário para que a reação ocorra à temperatura e pressão constantes.

A energia livre provém dos nutrientes para os seres heterotróficos e da absorção de energia solar para os organismos fototróficos.

A energia livre é transformada em ATP e outras moléculas energéticas.

ATP: “moeda” energética

Hidrólise do ATP

Coenzimas como transportadores de elétrons

Reações de oxidação-redução:

Agente redutor: molécula doadora de elétrons Agente 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.

NADH Molécula encontrada nas células de todos os seres vivos, usado como

"transportador de elétrons" nas reações metabólicas de oxi-redução, tendo um papel preponderante na produção de energia para a célula.

Em sua forma reduzida, NADH, faz a transferência de elétrons durante a fosforilação oxidativa.

FADH2

Molécula transportadora de energia metabólica, sendo utilizada como substrato na fosforilação oxidativa. O FADH2 é reoxidado a FAD, resultando subsequentemente na síntese de duas moléculas de ATP por cada FADH2.

Fosfocreatina: molécula de estocagem de energia

Energia livre de Gibbs

Expressa quantidade de energia capaz de realizar um trabalho durante uma reação .

Entalpia (H): conteúdo de calor de um sistema reagente. Ex.: quando libera calor, é exotérmica – conteúdo de calor do produto é menos do que do reagente, ∆H é negativo.

Entropia (S): expressão quantitativa de desordem de um sistema.Quanto menos complexo e mais desorganizado for o sistema, maior será o ganho de entropia.

Reações exergônicas (espontâneas) = X Reações endergônicas=

G’° para oxidação completa da glicose em CO2 + H20 ~ 686 kcal/mol (2850 kJ/mol)G’° de hidrólise de ATP ~7,3 kcal/mol (30,5 kJ/mol)

Acoplamento das reações permite a síntese de várias moléculas de ATP

G’°<0 G’°<0

Acoplamento de energia

Compostos de alta energiaG’º hidrólise < -25 kJ/mol

Características das rotas metabólicas

1. Irreversibilidade

G’°<0

A

B

1

C

2

Ciclo fútil?

2. Direcionamento

Intermediários que participam de forma reversível nas reações de oxido-redução como transportadores de elétrons

Várias etapas existem para oxidar a glicose mas somente uma faz sentido nas transformações químicas necessárias para a célula.

3. Economia de intermediários

4. 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.

CARBOIDRATOS(HIDRATOS DE CARBONO)

ENERGIAESTRUTURA RECONHECIMENTO REGULAÇÃO

ESTRUTURA: Participa na composição da matriz extracelular e em paredes celulares

RECONHECIMENTO: identificação de células pelo sistema imune

REGULAÇÃO: enzimas podem ser glicosiladas e mudar de localização na célula

ENERGIA: fornecimento de energia (glicólise) ou armazenamento

CARBOIDRATOSDEFINIÇÃO

Poli-hidroxi-cetonas ou Poli-hidroxi-aldeídos.

Fórmula empírica: (CH2O)n

Podem apresentar N, S ou P.

CLASSIFICAÇÃO: de acordo com a hidrólise– Monossacarídeos– Oligossacarídeos (dissacarídeos)– Polissacarídeos (>20 unidades)

MONOSSACARÍDEOS Carbonos ligados por ligações simples na forma aberta. Os mais simples são as trioses:

Grupo carbonila: aldoses (no fim da cadeia de carbone) ou cetoses Pelo número de carbonos: trioses, tetroses, pentoses... O mais abundante é a glicose (aldohexose)

ENANTIÔMEROS

Todos os monossacarídeos, com exceção da dihidroxiacetona, apresentam um ou mais carbono assimétrico.

Por convenção, uma forma é chamada isômero D e a outra isômero L

ESTRUTURAS CÍCLICAS Em solução, carbonos com 4 ou mais carbonos formam estruturas cíclicas

OLIGOSSACARÍDEOS Formados pela ligação de dois ou mais monossacarídeos. Forma-se uma ligação O-glicosídica. Os mais comuns são os dissacarídeos.

Açúcar de mesa (cana de açúcar)

Leite

Grãos em germinação

MONOSSACARÍDEOS MODIFICADOS Além dos monossacarídeos discutidos até aqui, organismos apresentam uma série de hexoses

derivadas. Nesses casos, um grupo hidroxil é substitído por outros grupos ou a carbonila é oxidada gerando

uma carboxila. Outra modificação importante é a fosforilação.

POLISSACARÍDEOS Formados pela ligação de mais de 20 monossacarídeos. Podem formar cadeias lineares ou ramificadas. Homopolissacarídeos: amido, glicogênio, celulose, quitina Heteropolissacarídeos: peptidoglicanas (parede de bactérias)