Moléculas envolvidas no
metabolismo
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Carboidratos
Lipídeos
Proteínas
Sais minerais
Vitaminas
Água
Polissacarídeos
Aminoácidos
Aromáticos
Hexoses
Catecolaminas
Pentoses
Purinas
Fotossíntese
Pirimidinas
Biosíntese de
Lípídeos
Degradação de
Lipídeos
d
Fosfolipídeos
Isoprenóides
Esteróides
Porfirinas
Aminoácidos
ALGUNS CONCEITOS
INICIAIS
Anabolismo
• A fase do metabolismo (requerente de energia)
que concerne a biossíntese dos componentes
celulares a partir de precursores pequenos.
Catabolismo
• A fase do metabolismo que envolve a produção
de energia por meio da degradação das
moléculas dos nutrientes.
A alimentação e o jejum alternam o metabolismo
entre os estados Anabólico e Catabólico
Complexa rede de interações entre as vias bioquímicas
Metabólitos originados de uma via de degradação podem ser utilizados para a
síntese de compostos
Reversibilidade parcial das principais vias do metabolismo de carboidratos e
lipídeos – o catabolismo é substituído pelo anabolismo em resposta à ingestão do
alimento
No estado alimentado: vias ativas são a glicólise, síntese de glicogênio,
lipogênese e síntese de proteínas
No estado de jejum (poucas horas após a alimentação): glicogênio e lipídeos
armazenados são degradados, a proteína é convertida em glicólise
(gliconeogênese), outros processos biossintéticos se tornam lentos.
Visão Geral dos Processos Catabólicos
FERMENTAÇÃO
A fermentação é um movimento intestino de partículas ou
principio de cada corpo, tendendo para a perfeição ou
para a transformação em outro. Particulas elementares
postas em movimento, devido a sua própria natureza
ocasionalmente
vibrando
maravilhosamente,
são
aprisionadas e transforma-se em outras: as sutis e mais
ativas esforçam-se na tentativa de escapar suavemente,
mas estando entrelaçadas com outras mais espessas são
impedidas também de fazê-lo. Também as mais expessas
são mantidas unidas pelo intento. A expanção das mais
sutis são enfraquecidas até que cada uma alcance sua
própria grandeza e exaltação. Elas fixam em si a devida
perfeição ou completam as alterações e mutações
designadas pela natureza (Willis, 1684)
•
Na antiguidade sabia-se que a comida
exposta ao ar apodrecia (liberava bolhas).
Deram o nome de fermentação por analogia
com a fervura – que também liberava bolhas
•
Séc XIX – Napoleão – Mr. Appert
•
Adicionar grandes quantidades de açúcar às
frutas e ferver os alimentos, que deveriam ser
imediatamente tampados e selados com
parafina
•
Livro: “A arte de preservar os alimentos de
origem vegetal e animal” – 10 Livro de
Bioquimica
Gay – Lussac vai pesquisar a
fermentação ...
Para isso testa “os experimentos” de Mr.
Appert.
O ar era necessário para a fermentação
Interação entre O2 e nitrogênio dos
alimentos liberava “as bolhas” (CO2 e N2)
– Ligação desistabilizante – Reação
Química
“As substâncias em contato com
o ar, adquirem prontamente uma tendência
para a putrefação ou fermentação mas
quando submetidas a temperatura de água
fervida em vasos bem fechados, o oxigênio
absorvido produz uma nova combinação
que não é mais capaz de exitar
fermentação ou putrefação, ou se torna
coagulada pelo calor da mesma maneira
que a albumina”
• Por volta de 1850 os vinhos da França estavam muito ruins. Na
quela época já se sabia que a qualidade do vinho dependia
essencialmente da qualidade da uva e do repique
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Uma fábrica vinícula contrata Louis Pasteur
Estudava a capacidade dos ácidos orgânicos de
desviar o plano de luz
Centrifugação – Amostra concentrada –
Microscópio
Teoria Vitalista
Fermentação pode ser utilizada pelos seres
vivos ...
“Eu acredito que não há fermentação alcoólica
sem que, ao mesmo tempo haja organização,
desenvolvimento e multiplicação dos glóbulos”
Louis Pasteur
•A fermentação não é um processo metabólico
dos glóbulos. É um processo meramente químico
entre substâncias nitrogenadas, açúcar do meio
na presença de ar.
Pasteur ...
•Derruba a Teoria da ligação desistabilizante
•Para fermentar precisa-se de vida organizada ...
•Seres vivos podem viver sem oxigênio
Hans e Edward Buchner
•Derrubam a Teoria Vitalista
•Cunham o termo Zimases
•Nasce a Bioquímica ....
Glicólise
Por que iniciar o estudo do metabolismo dos compostos combustíveis
pela glicólise?
Via metabólica universal (passos idênticos nas nossas células cerebrais
e nas bactérias anaeróbicas) para metabolizar a glicose e produzir
energia.
Permite introduzir os mecanismos de regulação das vias metabólicas por
pequenos efetores alostéricos, por modificações químicas reversíveis de
enzimas e pelo controle da expressão gênica.
Glicose
Principal carboidrato combustível; forma de
carboidrato circulante no sangue
Finamente regulado: manutenção de uma concentração
normal de 5 mmol/L é essencial para sobrevivência
< 2,5 mmol/L → coma hipoglicêmico
> 7 mmol/L → diabetes e riscos de doenças renais, vasculares e
oculares.
Oxidação completa a CO2 e água ocorre com uma variação de energia
livre padrão de -2.840 kJ/mol!!!
Nos vegetais superiores e nos animais tem 3 destinos principais:
Corrente
sanguínea
Glicólise
Primeira via metabólica a ser elucidada e, provavelmente, a melhor compreendida.
Ocorre no citoplasma
Primeiro estágio do catabolismo de carboidratos
Açúcares simples são metabolisados a piruvato
Processo anaeróbico – não necessita de oxigênio
Fase preparatória
Fase de produção de
energia
(fase de pagamento)
Fase preparatória da Glicólise
de Glicose a Gliceraldeído-3- P
Aumenta o conteúdo de energia livre dos intermediários
Requer o investimento de duas moléculas de ATP e resulta na clivagem
da cadeia de hexose em duas trioses fosfato.
Ocorrem duas reações de fosforilação. Isto é importante para que a célula
não perca nenhum intermediário do ciclo após já ter investido energia na
glicose, pois os compostos fosforilados (como o são todos os
intermediários da glicólise) não atravessam as membranas livremente.
Fase de produção de energia
de Gliceraldeído-3-P a Piruvato
Produção de 4 moléculas de ATP (ganho líquido de 2 ATP)
Recuperação do “investimento” tem mais de 60% de eficiência
Ocorrem duas reações de fosforilação em nível de substrato, assim
denominadas porque a reação transfere não só energia livre ao ADP, mas
também o próprio fosfato necessário à síntese de 1ATP.
É importante notar que apenas 5,2% da energia de oxidação da glicose
foram liberados ao fim da glicólise, permanecendo todo o restante na
forma de piruvato
São formados dois NADH
Reações da Glicólise
Balanço
Saldo de energia = 02 ATPs
1. Fosforilação da Glicose
ATP
Glicose
ADP
hexoquinase
glicoquinase
Glicose-6-P
Enzimas que Fosforilam a Glicose
• Hexoquinase I
Cérebro e Rins
• Hexoquinase II
Músculo esquelético
• Hexoquinase I e II
Fígado
Diversos Tecidos
• Hexoquinase III
Fígado e
• Hexoquinase IV
células β-pâncreas
ou Glicoquinase
∆G0’= - 16,7 kJ/mol = - 4,0 kcal/mol
Glicólise – FASE PREPARATÓRIA
2. Conversão G6P a F6P
3. Fosforilação da F6P
Inibida por ATP
Ativada por ADP e Pi
3. Fosforilação da F6P
Reação altamente exergônica e irreversível. ∆G0’= -13,8 kJ/mol =
Reação que torna o açúcar comprometido com a glicólise.
Glicólise – FASE PREPARATÓRIA
4. Quebra da F1,6P
5. Interconversão DHAP e G3P
Glicólise – FASE PAYOFF
6. Oxidação do G3P a 1,3BPG
7. Transferência de PO32- para
ADP
Glicólise – FASE PAYOFF
8. Conversão 3-PG para 2-PG
9. Desidratação do 2-PG para PEP
Glicólise – FASE PAYOFF
10. Transferência de PO4 para ADP
Destinos do Piruvato
O destino do piruvato pode variar significativamente
Em nossas células, sob condições aeróbias, o
piruvato
é
convertido
a
acetil-CoA nas
mitocôndrias
Destinos do Piruvato
Fermentação – termo geral que denota a degradação
anaeróbica da glicose ou de outros nutrientes
orgânicos em vários produtos
Em nosso organismo é usada para produzir NAD+ quando
não há oxigênio suficiente
NAD+ deve ser regenerado a NADH, caso contrário a
glicólise é interrompida
Vejamos rapidamente 02 tipos de fermentação
Lactato
Etanol
Fermentação a Lactato
Células animais sob
condições anaeróbicas
utilizam o Piruvato como
aceptor final de elétrons para
fazer a regeneração de
NAD+, formando Lactato
O fígado pode converter o lactato a uma “nova glicose” e reenviá-la para outro ciclo
da glicólise no músculo, chamada gliconeogênese. Pode também ser sintetizada a
partir do piruvato combinado com moléculas do ciclo do ácido cítrico.
A gliconeogênese é importante para suprir o cérebro, que possui poucas reservas.
Destinos do Piruvato
Fermentação Alcoólica
Compostos que alimentam a Glicólise
Classificação dos monossacarídeos
– Baseada no número de carbonos de suas moléculas:
TRIOSES são os monossacarídeios mais simples,
TETROSES, PENTOSES, HEXOSES, HEPTOSES, etc.
– Destes, os mais importantes são as Pentoses e as Hexoses.
– As pentoses mais importantes são:
• Ribose
• Arabinose
• Xilose
– As hexoses mais importantes são:
•
•
•
•
Glicose
Galactose
Manose
Frutose
Compostos que alimentam a Glicólise
Fígado
Regulação
Regulação
Introdução
quantidade de enzima
como pela atividade
Regulação gênica
Regulação alostérica
Enzimas do Metabolismo de
Carboidratos que são Reguladas
-Fosforilase
-Hexoquinase
-Fosfofrutoquinase 1
-Piruvato quinase
Enzimas Alostéricas
Ex: inibição por feedback
A
B
Enzima possui um sítio
alostérico ao qual se liga
o produto final da via
C
D
E
Regulação
Fosfofrutoquinase-1
Sítio Alosteria
Sítio Ativo
Regulação
Fosfofrutoquinase-1
Frutose-2,6-bifosfato
Frutose-2,6-bifosfato
↑Glucagon ↓Frutose-2,6-bifosfato  Gliconeogênese favorecida
Regulação
Hexoquinase
Isoenzimas: são enzimas diferentes que catalisam a mesma reação.
Esta estratégia ajuda na regulação do metabolismo.
músculo
fígado
Tecido que vai utilizar a
glicose na via glicolítica
Produzir glicose
na gliconeogênese
HEXOQUINASE
GLICOQUINASE
Inibida por
glicose-6-fosfato
Inibida por
frutose-6-fosfato
A hexoquinase muscular normalmente atua
em velocidade máxima, contudo quando a
concentração de glicose está acima de seu
nível normal a enzima é temporariamente
inibida levando a taxa de formação de G6P a
se igualar a taxa de consumo de G6P.
A glicoquinase normalmente abaixo de sua
velocidade máxima, quando a concentração
de glicose no sangue aumenta a sua
velocidade aumenta levando a formação de
G6P.
Regulação
Piruvato quinase
A piruvato quinase é inibida alostericamente por ATP diminuindo a afinidade da enzima por
PEP
quando [ATP] ↑
↓atividade enzima
↓glicólise
quando [Acetil-CoA] e [ác. grax. longos] ↑
↓atividade enzima
↓glicólise
Control of the Catalytic Activity of Pyruvate Kinase. Pyruvate
kinase is regulated by allosteric effectors and covalent modification.
Aspectos clínicos - glicólise
1) Isquemia (Infarto do miocárdio):
2) Células tumorais: Otto Warburg – 1920
Células tumores Ascites convertem glicose equivalente a 30%
do peso seco em lactato/h.
(Músculo esquelético humano = 6% do peso seco em lactato/h)