no slide dinamica/energetica... · ativo (trabalho osmótico), contração muscular (trabalho...

Download No Slide dinamica/energetica... · ativo (trabalho osmótico), contração muscular (trabalho mecânico),…

Post on 07-Nov-2018

220 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • BIOENERGTICA

    INTRODUO

    Hoje, mais do que nunca, estamos conscientes de que a

    energia, a capacidade de produzir trabalho, vital

    para a nossa civilizao moderna. Nas suas diversas

    formas (eltrica, mecnica, qumica, calorfica,

    luminosa, etc.) utilizada para a manufatura de

    produtos, transporte, aquecimento, refrigerao, e

    demais trabalhos.

    A clula viva igualmente necessita de energia

    para a realizao dos diversos trabalhos fisiolgicos

    que executa: biossnteses (trabalho qumico), transporte

    ativo (trabalho osmtico), contrao muscular (trabalho

    mecnico), bioluminescncia, etc.

  • BIOENERGTICA

    A bioenergtica o campo da bioqumica que

    trata das transformaes e uso da energia pelas clulas

    vivas.

    A termodinmica, parte da fsica que trata das

    alteraes energticas, afirma, na sua 1a Lei que a

    energia no criada e nem destruda, mas apenas

    transformada, e, numa 2a Lei que todas as

    transformaes, fsicas ou qumicas, tendem a

    ocorrer numa direo tal que a energia til (aquela

    capaz de produzir trabalho), sofre degradao

    irreversvel para uma forma desordenada, chamada

    de entropia.

  • ENERGIA LIVRE Existem duas formas de energia til que pode ser

    obtida atravs de reaes qumicas:

    1. Energia Calorfica realiza trabalho com mudanas de temperatura e/ou presso (mquinas trmicas)

    2. Energia Livre realiza trabalho sob condies de presso e temperatura constantes (clula viva)

    A entropia uma condio da energia ou da matria em estado de desordem. Em termos energticos uma energia intil, incapaz de produzir trabalho.

  • CICLO ENERGTICO CELULAR

    MOLCULAS

    COMBUSTVEIS + O2

    CO2

    H2O

    ADP + Pi

    TRABALHOS

    FISIOLGICOS

    ATP

    O ATP a moeda das transaes energticas na clula

  • REAES TERMODINAMICAMENTE

    POSSVEIS

    Ea

    G

    A

    B

    Coordenada da reao

    Energ

    ia

    A B

    G = EB - EA

    G > 0 : reao endergnica

    G < 0 : reao exergnica

    G = H - T S

    S = variao de entropia

    H = variao de entalpia

    G = variao de energia

    livre de uma reao

  • CONCEITO DE ENERGIA LIVRE DE UMA REAO

    QUMICA

    G = variao de energia livre de uma reao

    G = A QUANTIDADE MXIMA DE ENERGIA QUE A

    CLULA PODE OBTER DE UMA REAO QUMICA

    AS REAES TERMODINAMENTE POSSVEIS DE OCORRER

    APRESENTAM G NEGATIVO, OU SEJA, OCORREM COM

    DIMINUIO DA ENERGIA LIVRE DO SISTEMA

  • RELAO ENTRE G E A CONSTANTE DE

    EQUILBRIO

    G = Go + RT ln Keq

    0 = Go + RT ln Keq

    Go = - RT ln Keq

    Go = - 1,987 x 298 x ln Keq

    Go = - 1.987 x 298 x 2,303 log Keq

    Go = - 1.363 log Keq

    Considere-se a reao no seu estado de equilbrio: A B

    Keq = [B]

    [A]

    A 25oC, condio padro, T = 25 + 273 = 298o K e R = 1.987 cal/oK

  • RELAO ENTRE Go E A CONSTANTE DE

    EQUILBRIO

    A B

    Keq = [B]

    [A]

    Keq log Keq Go = - 1.363 log Keq (cal/mol)

    0,001 -3 4.089

    0,010 -2 2.726

    0,100 -1 1.363

    1 0 0

    10 1 -1.363

    100 2 -2.726

    1000 3 -4.089

    Keq = [1]

    [1000] = 0,001

  • Go a variao de energia livre de uma reao

    quando reagentes e produtos esto na

    concentrao unitria (1M)

    A B

    Keq = [A]

    [B]

    Para a condio de [A] = [B] = 1M, teremos :

    G = Go + RT ln Keq

    G = Go + RT ln 1

    G = Go + RT x 0

    G = Go

  • Ligaes fosfricas

  • Estrutura do ATP

  • NUCLEOTDEOS DE ADENOSINA E SUA

    ENERGIA DE HIDRLISE

    N

    N

    NH2

    N

    N

    O

    OHOH

    CH2O

    CH

    P

    OH

    O

    OP

    OH

    O

    OP

    OH

    O

    OH

    Adenosina

    Adenosina monofosfato = AMP

    Adenosina difosfato = ADP

    Adenosina trifosfato = ATP

    ATP ADP ; G= - 8.000 cal/mol

    ADP AMP ; G= - 6.500 cal/mol

    AMP ADENOSINA; G= - 2.200 cal/mol

  • REAES ACOPLADAS COM UTILIZAO E

    CONSUMO DE ATP

    O

    H2C O H2PO3

    O

    CH2OHATP ADP

    GLUCOSE GLUCOSE-6-P

    HCOH

    C

    CH2O H2PO3

    O

    O P

    O

    O-

    O-

    C

    C

    O-

    O

    CH2O

    H OH

    H2PO3

    ADP ATP

    1,3-DIFOSFOGLICERATO 3-FOSFOGLICERATO

    GLUCOSE GLUCOSE-6-P

    ATP ADP G = - 8.000 cal/mol

    G = 3.300 cal/mol

    G = - 4.700 cal/mol

    ATP ADP G = 8.000 cal/mol

    1,3-DPGA 3-PGA G = - 11.800 cal/mol

    G = - 3.800 cal/mol

  • ENZIMAS

    CONCEITO

    ESPECIFICIDADE (STIO ATIVO)

    DESNATURAO PROTICA e INATIVAO ENZIMTICA

    CINTICA ENZIMTICA

    EQUAO DE MICHAELLIS-MENTEN

    CONCEITOS BIOQUMICOS DE Km e Vm

    FATORES QUE AFETAM A ATIVIDADE ENZMTICA

  • CONCEITO

    So protenas fabricadas pela prpria clula, com a

    funo de acelerar as reaes qumicas,

    termodinamicamente possveis, porm sem alterar

    os valores de Variao de Energia Livre ( G) ou a

    Constante de Equilbrio da reao (Keq).

    Atuam em quantidades extremamente baixas em

    relao quantidade ou concentrao de substrato

    processada, e tornam a velocidade das reaes

    compatveis com as exigncias do metabolismo.

    Tais reaes no ocorreriam, ou se ocorressem,

    seria com velocidade extremamente baixa,

    comprometendo a manifestao dos processos

    metablicos vitais.

  • ESPECIFICIDADE

    As enzimas no apenas aceleram as reaes enzimticas mas

    tambm facilitam o controle do metabolismo, aspecto

    extremamente importante para o metabolismo celular. Assim

    que enquanto algumas reaes devam ser aceleradas em

    determinadas circunstncias, outras reaes deveriam ser

    atenuadas, para que o metabolismo possa ser direcionado

    segundo s necessidades momentneas da clula.

    Para a consecuo de tais objetivos o controle mais eficiente

    seria aquele exercido sobre cada reao enzimtica,

    individualmente.

    Haveria pois a necessidade de uma enzima especfica para a

    catlise de cada reao bioqumica.

  • Natureza protica da enzima e Stio Ativo

    A necessidade da especificidade de catlise levou a

    clula a buscar nas protenas a diversidade tamanha de

    estruturas qumicas para atendesser tal requisito.

    Porm, sendo uma protena, a enzima pode sofrer

    desarranjos em seus nveis estruturais bsicos

    (especialmente a estrutura terciria), o que leva

    desnaturao protica e conseqentemente a perda da

    atividade cataltica.

    A especificidade est condicionada, em grande parte,

    configurao espacial do seu stio ativo, local da

    protena, onde o substrato vai ser alojado, formando-se

    assim o complexo enzima-substrato.

  • Como aumentar a velocidade das reaes?

    A velocidade de uma reao determinada pela Energia

    de Ativao (Ea), um quantum energtico que deve ser

    fornecido s molculas reagentes, para atingir o estado

    excitado e se converterem no produto da reao.

    Esta barreira energtica estabelecida pela Ea pode ser

    transposta por molculas de reagentes que apresentem

    energia cintica suficiente para tal. Assim, ao

    aumentarmos a temperatura, aumentamos a energia

    cintica das molculas reagentes, permitindo que um

    maior nmero de molculas estejam aptas a transpor a

    barreira energtica, resultando em um aumento na

    velocidade de reao.

  • Como aumentar a velocidade das reaes?

    Outra possibilidade de se aumentar a velocidade de uma

    reao seria diminuir a barreira energtica, permitindo

    que numa dada temperatura uma quantidade maior de

    molculas reagentes possam transpor a barreira

    energtica imposta pela energia de ativao.

    desta forma que atuam os catalizadores, ou seja

    reduzem a quantidade de energia para as molculas

    atingirem o estado excitado.

    As enzimas so biocatalizadores, e tornam as

    velocidades de reao compatveis com as necessidades

    do metabolismo celular.

  • Modalidades de aumentar a velocidade das

    reaes

    Ea

    G

    S

    P

    Coordenada da reao

    Energ

    ia

    S P

    Ea*

    Energia cintica

    4 1 2 3 5

    No

    . m

    ole

    cu

    las

    30oC

    50%

    reagem

    20oC

    20%

    reagem

    Ea* = energia de ativao na presena da enzima

  • A CATLISE

    H+ Ea = 24.600 CAL/MOL

    UREASE Ea = 6.800 CAL/MOL

    HIDRLISE DA URIA

    O=C(NH2)2 + H2O CO2 + 2NH3

    O=C(NH2)2 + H2O CO2 + 2NH3

    DECOMPOSIO DO PERXIDO DE HIDROGNIO

    H2O2 H2O + 1/2O2 Fe+++

    H2O2 H2O + 1/2O2 CATALASE

    Ea = 10.100 CAL/MOL

    Ea = 1.700 CAL/MOL

  • CINTICA DE REAO

    [S1]

    [P]

    0 10 20 30 min

    [S2] Nos instantes iniciais da reao,

    substrato reage com a enzima

    formando o complexo enzima-

    substrato. A partir da a velocidade de

    formao de produto se processa com

    velocidade constante, at o momento

    em que a reduo na concentrao de

    substrato afete a velocidade de reao.

    Para que a velocidade de formao de

    produto seja constante a concentrao

    do complexo enzima substrato deve

    permanecere constante.

    Deduz-se que a velocidade de formao

    do complexo enzima-substrato seja igual

    velocidade de s