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+