Bioquimica - Aula 6

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Bioquimica - Aula 6

  1. 1. + Bioquímica - Universidade Católica de Brasília Metabolismo Prof. Dr. Gabriel da Rocha Fernandes Universidade Católica de Brasília gabrielf@ucb.br - fernandes.gabriel@gmail.comMonday, May 7, 12
  2. 2. + 2 O que devo saber ao fim desta aula? n Importância de sistemas multienzimáticos n Como e por que acontece a regulação n Reações bioquimicas mais comuns n Funcionamento do ATP n Transferência de elétronsMonday, May 7, 12
  3. 3. + 3 Metabolismo - introdução n Cooperação entre sistemas multienzimáticos. n obterenergia através da energia solar ou nutrientes obtidos no ambiente. n converter moléculas de nutrientes em moléculas para uso da célula. n polimerizar precusores monoméricos em macromoléculas. n sintetizare degradar biomoléculas necessárias para as funções celulares. n Quanto ao metabolismo, os organismos podem ser: n autotróficos - usam dióxido de carbono da atmosfera como fonte de carbono. n heterotróficos - obtem o carbono através de moléculas orgânicas do ambiente. n Ciclo do carbono, oxigênio e nitrogênio.Monday, May 7, 12
  4. 4. + 4 Metabolismo - introdução n Soma de todas as transformações químicas que ocorrem em uma célula. n Sériede reações catalisadas por enzimas formam uma via metabólica. n Cada etapa realiza uma pequena modificação química. n Intermediários metabólicos - metabólitos. n Catabolismo, éa fase de degradação do metabolismo. Libera enertgia que pode ser armazenado em ATP ou perdida em calor. n Anabolismo, ou biossíntese, fase em que precursores simples formam moléculas mais complexas. Consomem energia.Monday, May 7, 12
  5. 5. + 5 Anabolismo e CatabolismoMonday, May 7, 12
  6. 6. + 6 Tipos de vias n Lineares e ramificadas. n Convergentes, divergentes e cíclicas.Monday, May 7, 12
  7. 7. + 7 Regulação n Anabolismo e catabolismo não acontecem simultaneamente. n Existena via pelo menos uma enzima que atua somente no catabolismo e uma exclusiva do anabolismo. n Paraque a vias sejam irreversíveis, pelo menos uma reação deve ser termodinamicamente muito favorável. n A reação reversa necessitaria de uma enzima. n Compartimentos diferentes: catabolismo de ácidos graxos na mitocondria, e a síntese no citosol.Monday, May 7, 12
  8. 8. + 8 Bioenergética e termodinâmica n Células realizam trabalho constante. n Precisam de energia para manter estruturas, sintetizar componentes, gerar corrente elétrica... n Bioenergética => estudo quantitativo das relações de energia. n Duas forças influenciam as reações químicas: n Entalpia (H) - tendência de atingir o estado de ligação mais estável. n Entropia (S) - tendência de atingir o mais alto grau de desordem. n ∆G = ∆H - T∆S n ∆G’o é a energia livre padrão. E a ∆G = ∆G’o + RT ln([produtos]/[reagentes])Monday, May 7, 12
  9. 9. + 9 Reações bioquimicas comuns n Algumas reações podem simplesmente não ocorrer. n Transformações quimicas muito lentas (mesmo com catalisadores). n Células executam reações nas vias metabólicas que contornam essas reações “impossíveis”. n Padrões na quimica da vida: n criar/quebrar ligações C-C. n rearranjos internos, isomerizações e eliminações. n radicais livres. n transferências de grupos funcionais. n oxidação-redução.Monday, May 7, 12
  10. 10. + 10 Principios químicos básicosMonday, May 7, 12
  11. 11. + 11 Criar/quebrar ligações C-C n Gera Carbânion e Carbocátion. n Tão instáveis que geralmente sua formação como intermediários é termodinamicamente inacessível. n Auxíliona forma de grupos funcionais com átomos eletronegativos (O e N).Monday, May 7, 12
  12. 12. + 12 Classes de ligações C-CMonday, May 7, 12
  13. 13. + 13 Rearranjos, isomerização e eliminação n Não alteram o estado de oxidação global da moléculaMonday, May 7, 12
  14. 14. + 14 Transferência de grupos n Acil, glicosil e fosforil.Monday, May 7, 12
  15. 15. + 15 Radicais livresMonday, May 7, 12
  16. 16. + 16 Oxidação-reduçãoMonday, May 7, 12
  17. 17. + 17 Transferência de fosforil e ATP n O ATP é a moeda energética dos sistemas biológicos. n ATP => ADP => AMP é reação exergônica. n Hidrólisedo ATP gera mais calor do que energia para a célula.Monday, May 7, 12
  18. 18. + 18 Na vida real... n Processo em duas etapas. n Grupo fosforil, pirofosforil ou adenilato do ATP é transferido para a molécula de substrato ou resíduo de aminoácido da enzima. n Em seguida essa porção é deslocada. n ATP participa covalentemente da reação enzimática.Monday, May 7, 12
  19. 19. + 19 Onde utilizar essa energia n ATP fornece energia (tranferências de grupo) para reações anabólicas. n Sínteses de moléculas informacionais. n Transporte de moléculas e ions pelas membranas. n Potencial elétrico. n Concentração de ATP muito acima das concentrações de equilibrio das reações geradoras de energia do catabolismo. n Tioéster também possui alto potencial de energia livre.Monday, May 7, 12
  20. 20. + 20 Reações de oxidação e redução n Transferência de eletrons é também uma das características centrais do metabolismo. n Perdade eletrons por uma espécie quimica que é oxidada, e ganho de eletrons por outra espécie que é reduzida. n Nossa fonte de elétros são compostos reduzidos (alimentos). n Em duas espécies quimicas com diferente eletronegatividade, os eletrons fluem espontaneamente. n Fluxo de eletrons é exergonico, já que o oxigênio é mais eletronegativo do que os intermediários transportadores de elétrons.Monday, May 7, 12
  21. 21. + 21 Oxidação e redução n Na mitocôndria, enzimas de membrana acoplam o fluxo de elétrons à produção de uma diferença de pH transmembrana. n Reliza trabalhos osmótico e elétrico. n O gradiente de prótons assim formado tem energia potencial. n ATP-sintase usa a força proton-motriz para sintetizar ATP a partir de ADP e Pi.Monday, May 7, 12
  22. 22. + 22 Níveis de oxidaçãoMonday, May 7, 12
  23. 23. + 23 NAD e NADP n Muitas reações de oxirredução são desoxigenações. n Um ou dois átomos de hidrogênio (H+ e e-) são transferidos de um substrato para um aceptor de hidrogênio. n Envolvem transportadores especializados. n NAD e NADP são coenzimas de muitas desidrogenases. n NAD+ e NADP+ aceitam dois elétrons e um proton. n CH3CH2OH + NAD+ => CH3CHO + NADH + H+Monday, May 7, 12
  24. 24. + Bioquímica - Universidade Católica de Brasília Glicólise, fermentação, gliconeogênese Prof. Dr. Gabriel da Rocha Fernandes Universidade Católica de Brasília gabrielf@ucb.br - fernandes.gabriel@gmail.comMonday, May 7, 12
  25. 25. + 25 O que devo saber ao fim desta aula? n Importância da glicólise. n Destinos do piruvato. n Etapas da glicólise. n Regulação. n GliconeogêneseMonday, May 7, 12
  26. 26. + 26 Indrodução n Oxidação completa da glicose tem variação de energia livre de -2840 kJ/mol. n Amido e glicogênio permitem armazenar grandes quantidade de hexoses sem alterar o equilíbrio osmótico da célula. n Fonte de carbono. n Em animais e vegetais: n síntesede polissacarídeos complexos destinados ao ambiente extracelular. n armazenado nas células. n oxidada a compostos de 3 carbonos. n oxidada pela via das pentoses-fosfato. n Produção de glicose por redução do gás carbônico (fotossintétizantes) ou gliconeogênese (não fotossintetizantes)Monday, May 7, 12
  27. 27. + 27 Glicólise n Molécula de glicose degradada em uma série de reações catalisadas por enzimas. n Gera duas moléculas de piruvato. n Parte da energia é conservada na forma de ATP e NADH. n Glicose é a única fonte de energia metabólica em alguns tecidos e células (eritrócitos, medula renal, cérebro...) n Fermentação é um termo geral para a degradação anaeróbia da glicose ou outros nutrientes para a obtenção de energia.Monday, May 7, 12
  28. 28. + 28 Fase preparatória n Glicose fosforilada no grupo hidroxil ligado ao C-6. n D-glicose-6-fosfato é convertida a D-frutose-6-fosfato. n D-frutose-6-fosfato fosforilada em C-1. n ATP é o doador de fosforil para as duas reações. n A frutose-1,6-bifosfato é divida em 2 moléculas de 3 carbonos: diidroxiacetona fosfato e gliceraldeído-3-fosfato. n Diidroxiacetona é isomerizada a mais uma molécula de gliceraldeído-3-fosfato.Monday, May 7, 12
  29. 29. + 29 Fase preparatóriaMonday, May 7, 12
  30. 30. + 30 Fase compensatória n Gliceraldeído-3-fosfato é oxidado e fosforilado por fosfato inorgânico. n Liberação de energia quando a molécula de 1,3- bifosfoglicerato é convertida a piruvato. n Energia conservada pela fosforilação acoplada de 4 ADP a ATP n Energia também conservada sob a forma de NADH.Monday, May 7, 12
  31. 31. + 31 Fase compensatóriaMonday, May 7, 12
  32. 32. + 32 Destinos do piruvato n Três rotas metabólicas. n O piruvato é oxidado com a perda de seu grupo carboxil e gera o grupo acetil da Acetil-CoA. n O grupo Acetil é então completamente oxidado no ciclo do ácido cítrico. n Os elétrons dessas oxidações são transferidos ao oxigênio por cadeia de transportes na mitocôndria. n A energia liberada na transferência de elétrons impulsiona a síntese de ATP.Monday, May 7, 12
  33. 33. + 33 Destinos do piruvato n Redução a lactato pela fermentação lática. n Acontece em baixas condições de oxigênio (hipoxia). n ONADH não pode ser reoxidado a NAD+. n Piruvato é reduzido a lactato, recebendo os elétrons do NADH, e reciclando o NAD+. n O terceiro destino é a fermentação alcoolica com formação de etanol.Monday, May 7, 12
  34. 34. + 34 Importância dos intermediários fosforilados n Funções dos grupos fosforil dos intermediários da glicólise: n A membrana não tem transportadores para açucares fosforilados. Isso impede que os açucares saiam da célula mesmo com diferenças entre as concentações intra e extracelular. n Essenciais na conservação enzimática da energia metabólica. A glicose conserva parcialmente a energia liberada pela quebra da ligação fosfoanidro do ATP. Com isso doam grupos fosforil ao ADP. n Energia de ligação resultante do acoplamento ao sítio ativo de enzimas reduz a energia de ativação e aumenta a especificidade. Formam complexos com o Mg+Monday, May 7, 12
  35. 35. + 35 Fosforilação da glicose n Forma glicose-6-fosfato n Catalisada por hexocinase - irreversível. n Cinase é a enzima que catalisa a transferência do grupo fosforil terminal do ATP a um aceptor nucleofílico. n Necessita de Mg+ que protege as cargas negativas do grupo fosforil do ATP, tornando o átomo de fósforo um alvo mais fácil para o ataque nucleofílico por um grupo OH da glicose.Monday, May 7, 12
  36. 36. + 36 Conversão da glicose-6-fosfato n Forma frutose-6-fosfato. n Catalisada pela fosfo-hexose-isomerase - reversível.Monday, May 7, 12
  37. 37. + 37 Fosforilação da frutose-6-fosfato n Forma frutose-1,6-bifosfato. n Catalisada por fosfofrutocinase-1 (PFK-1) , irreversível. n Etapa “comprometida”, uma vez que a frutose-6-fosfato é fosforilada, ela deve ser destinada a glicólise. n Atividadeaumenta quando suprimento de ATP está baixo ou quando há o acúmulo de ADP e AMP. n Inibidaem altas quantidades de ATP e ácidos graxos.Monday, May 7, 12
  38. 38. + 38 Clivagem da frutose-1,6-bifosfato n Produz gliceraldeído-3-fosfato e diidriacetona-fosfato. n Catalisada por frutose-1,6-bifosfato-aldolase - reversível.Monday, May 7, 12
  39. 39. + 39 Interconversão das trioses-fosfato n Converte diidroxiacetona-fosfato a glicareldeido-3-fosfato. n Catalisada por triose-fosfato-isomerase, reversível. n Mecanismo similar ao da fosfo-hexose-isomerase.Monday, May 7, 12
  40. 40. + 40 Oxidação do gliceraldeido-3- fosfato n Forma 1,3-bifosfogliceraldeido e NADH. n Gliceraldeido-3-fosfato-desidrogenase, reversível.Monday, May 7, 12
  41. 41. + 41 Transferência de fosforil para ADP n Produz fosfoglicerato e ATP. n Enzima é fosfoglicerato-cinase, reversível.Monday, May 7, 12
  42. 42. + 42 Conversão de 3-fosfoglicerato n Forma 2-fosfoglicerato. n Catalisada por fosfoglicerato-mutase, reversível.Monday, May 7, 12
  43. 43. + 43 Desidratação do 2-fosfoglicerato n Produz fosfoenolpiruvato. n Enzima é a enolase, reversível.Monday, May 7, 12
  44. 44. + 44 Transferência de fosforil para ADP n Forma piruvato e ATP. n Enzima piruvato-cinase, irreversível. n Necessita K+, Mg+ ou Mn+.Monday, May 7, 12
  45. 45. + 45 Regulação n Velocidade da glicólise aumenta em condições anaeróbias. n Interaçãoentre consumo de ATP, regeneração de NADH, e regulação PFK-1 e piruvato-cinase. n Hormônios glucagon, adrenalina e insulina.Monday, May 7, 12
  46. 46. + 46 Gliconeogênese n Processo de múltiplas etapas em que glicose a produzida a partir de lactato, piruvato, oxalacetatos, ou outros produtos do ciclo do ácido cítrico. n 7 etapas tem as mesmas enzimas da glicólise. n Três etapas irreversíveis da glicólise são contornadas: n conversão do piruvato em PEP via oxaloacetato, catalisada por piruvato- carboxilase e PEP-carboxilase. n desfosforilação da frutose-1,6-bifosfato pela FBPase-1. n desfosforilação da glicose-6-fosfato pela glicose-6-fosfatase. n Custo dispendioso: 4 ATP, 2 GTP e 2 NADH. n A piruvato-carboxilase é estimulada por Acetil-CoA, aumentado a gliconeogênese quando a célula tem ácidos graxos.Monday, May 7, 12
  47. 47. + 47 GliconeogêneseMonday, May 7, 12

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