MÓDULO 2 - METABOLISMO

Bianca Zingales

IQ-USP

INTRODUÇÃO AO METABOLISMO

CARACTERÍSTICAS DO SER VIVO

1- AUTO-REPLICAÇÃO – Capacidade de perpetuação da espécie

2- TRANSFORMAÇÃO DE ENERGIA – O ser vivo “extrai” energia do meio (nutrientes, luz) e transforma a energia em “trabalho” (organização celular, funções celulares e auto-replicação)

3- ORGANIZAÇÃO – O ser vivo possui estruturas definidas: organelas, células, tecidos, órgãos, etc.

4- FUNÇÃO – Cada estrutura desempenha uma função específica.

- FOTOTRÓFICOS – retiram Energia da Luz (vegetais)

- QUIMIOTRÓFICOS – retiram Energia de componentes do meio (animais)

ORGANISMOS

(Classificação com base na fonte de obtenção de Energia)

METABOLISMO = O Conjunto de Reações que ocorrem no interior da célula, que são necessárias para a manutenção do ser vivo.

O Metabolismo responde as perguntas:

Como o ser vivo “extrai” Energia do meio?

Como o ser vivo sintetiza macromoléculas para desempenhar suas funções, manter sua estrutura e replicar-se?

Nota: O Metabolismo só ocorre no interior das células.

Não ocorre no estômago, sangue, etc.

ANIMAIS

Alimento: Carboidratos, Lipídios e Proteínas

Trajeto dos Alimentos

BocaEnzimas digestivas

Aparelho digestório

Metabolismo

Sangue Célula

O Metabolismo pode ser dividido em duas etapas:

Catabolismo e Anabolismo

No Catabolismo:

• Compostos orgânicos de alto PM são convertidos em moléculas mais simples

• No processo ocorre liberação de Energia

• Parte desta Energia é conservada em moléculas de alta Energia (ATP)

• Outra parte é dissipada como Calor

CATABOLISMO – Conjunto de reações (enzimáticas) de DEGRADAÇÃO

C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + Energia

Exemplo: Degradação da glicose (Respiração)

No Anabolismo

• Moléculas simples dão origem a Compostos orgânicos de mais alto PM

• No processo utiliza-se Energia

• Nos seres vivos esta energia está armazenada na molécula de ATP

ANABOLISMO - Conjunto de reações (enzimáticas) de SÍNTESE

Exemplo: Síntese de glicose (Fotossíntese)

6 CO2 + 6 H2O + Energia C6H12O6 + 6 O2

No Metabolismo ocorrem reações de óxido-redução

Revisão: Oxidação e redução

As reações de oxido-redução ocorrem quando uma espécie química perde elétrons, oxidando-se; enquanto a outra espécie ganha elétrons, reduzindo-se.

Oxidar é retirar elétrons de um composto. Reduzir é doar elétrons para um composto.

Na reação:Zn + CuSO4 → Cu + ZnSO4

Verifica-seZn + Cu2+ + SO4

2- → Cu + Zn2+ + SO42-

Ou

Zn + Cu2+ → Cu + Zn2+

Quem sofreu oxidação?

Quem sofreu redução?

Zinco

Cobre

Revisão

Fe3+ ; Fe2+ ; Fe

NAD+ ; NADH

FAD ; FADH2

Conjuntos

Nas reações de óxido-redução, há transferência de elétrons de um composto para outro, de modo que o composto que inicia a reação na forma reduzida é oxidado e o que inicia a reação na forma oxidada é reduzido.

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6 H2O

Reações de óxido-redução

MAIS REDUZIDO MAIS OXIDADO

MAIS OXIDADO MAIS REDUZIDO

Exemplo: Degradação da glicose (Respiração)

No Metabolismo

As macromoléculas são mais reduzidas que as moléculas menores produzidas (que são mais oxidadas).

No final do Catabolismo as macromoléculas (dos nutrientes) são OXIDADAS pelo Oxigênio (respiração).

No processo formam-se moléculas menores (mais oxidadas), CO2 (oxidado, expiração) e H2O.

No Anabolismo ocorre o processo inverso.

As moléculas menores (mais oxidadas) são reduzidas e originam moléculas maiores (mais reduzidas)

No metabolismo há um fluxo de elétrons e prótons

Nas reações biológicas de óxido-redução participam cofatores (coenzimas) que transportam elétrons e prótons

Ex: NAD+/NADH; FAD/FADH2

Resumo

CATABOLISMO

MACROMOLÉCULAS

(REDUZIDAS)

MOLÉCULAS MENORES (OXIDADAS)

MOLÉCULAS MENORES (OXIDADAS)

MACROMOLÉCULAS (REDUZIDAS)

ANABOLISMO

Coenzimas oxidadas(NAD+; FAD)

Coenzimas reduzidas(NADH; FADH2)

Elétrons e

Prótons

E

E

Exemplo de reação biológica de óxido-redução

COO-

C

CH3

O

COO-

C

CH3

OHHH+

NAD+++ NADH

Piruvato lactato

+

SubstratoOxidado

CoenzimaOxidada

CoenzimaReduzida

Produto Reduzido

Lactato desidrogenase

NADH

C OO

O

C

C

H3

NADH

C OO

O

C

C

H3

C O

H

O

OH

C

C

H3

NAD+

C O

H

O

OH

C

C

H3

NAD+

COO-

C

CH3

O

COO-

C

CH3

OHHH+

NAD+++ NADH

Piruvato lactato

+

Enzima: Lactato desidrogenase

Onde ocorre a oxidação das coenzimas reduzidas?

Na mitocôndria, as coenzimas reduzidas são oxidadas pelo Oxigênio (do ar que respiramos)

NADH e FADH2 + O2 NAD+ e FAD + H2O

Onde ocorre a produção de ATP?

Na mitocôndria!

Vamos aprender que o processo de oxidação das coenzimas está acoplado ao processo de síntese

de ATP

ATP – a principal molécula que “armazena” energia no Metabolismo

ATPADP + Pi

CATABOLISMO

ANABOLISMO

A Energia fica “armazenada” na ligação covalente do ATP

ESTRUTURA do ATP(Adenosina TriFosfato)

Base nitrogenada -Adenina

Ribose

Três grupos Fosfato

Ligação N-glicosídica

2 Ligações anidrido do ácido fosfórico Ligação éster

Revisão: Ligação anidrido de ácido

R1-C-OH + HO-C-R2 R1-C-O-C-R2 + H2O

O O O O

R1-C-OH

O

+ HO-P-OH R1-C-O-P-OH + H2O

O O O

OH OH

HO-P-OH

O

OH

HO-P-OH

O

OH

+ HO-P-O

O

OH

-P-O-H

O

OH

+ H2O

Ácido fosfórico

No ATP

ESTRUTURA do ATP(Adenosina TriFosfato)

Base nitrogenada -Adenina

Ribose

Três grupos Fosfato

Ligação N-glicosídica

2 Ligações anidrido do ácido fosfórico Ligação éster

+ Energia

SÍNTESE do ATP

Esta reação necessita de Energia para ocorrer.

A Energia vem do catabolismo

Para a síntese do ATP a partir de ADP é necessária uma energia de 7,3 Kcal por mol de ATP

Uma Enzima específica atua na catálise (ATP sintase)

ADP + H3PO4 (Pi) ATP

Hidrólise do ATP em ADP + Fosfato (Pi)

Esta reação libera Energia, 7,3 Kcal por mol de ATP

Energia utilizada para realizar “trabalho” (síntese, contração muscular, etc)

Enzimas específicas

ATP + H2O ADP + Pi + Energia

+ Energia

Hidrólise do ADP em AMP + Fosfato (Pi)

ADP + H2O AMP + Pi

ADP Monophosphate (AMP)

Esta reação libera Energia, 7,3 Kcal por mol de ATP

Enzimas específicas atuam

+ Energia

+ Energia

Acoplamento de Reações no Metabolismo

ATP

As reações químicas podem ser classificadas conforme a ENERGIA seja absorvida ou liberada no processo:

Reações endergônicas e Reações exergônicas

∆G < 0 - O sistema libera E para o meio

∆G > 0 - O sistema necessita de Energia para ocorrer

Não indica a velocidade da reação

Exemplo de acoplamento de reações

A + B C Reação Endergônica: Não espontânea

ATP ADP + P + Energia

A + B + C Reação ocorre

A + B C + Energia Reação Exergônica: Espontânea

ADP + P + Energia ATP Síntese do ATP

Reação Exergônica: Espontânea

ADP + P ATP Reação Endergônica: Não espontânea

Mapa Metabólico

Ciclo de Krebs

Setas de ponta dupla indicam transformações químicas reversíveis. Os números entre parênteses indicam o número de átomos de carbono presentes na molécula.

VIAS METABÓLICAS DEGRADATIVAS - MAPA METABÓLICO SIMPLIFICADO

POLISSACARÍDIOS PROTEÍNAS LIPÍDIOS

GLICOSE AMINOÁCIDOS ÁCIDOS GRAXOS

Acetil-CoA (2)

Oxaloacetato (4) Citrato (6)

Isocitrato (6)

Cetoglutarato (5)

Succinato (4)

Fumarato (4)

Malato (4)

CO 2

CO 2

a

Ciclo de Krebs

3NADH + 1FADH2