METABOLISMO
Tipicamente uma célula eucariótica possui a capacidade de sintetizar mais de 30,000 proteínas
Conjunto de reações químicas que ocorrem nas células ou no
diferentes que catalisam milhares de reações diferentes envolvendo centenas de metabólitos, que
interior
de organismos
vivos.
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)
A célula de qualquer organismo vivo constitui um sistema estável de reações
químicas mantidas afastadas do equilíbrio.
A célula permanece fora do equilíbrio a custa da energia retirada do meio ambiente.
Assim, as células sintetizando macromoléculas complexas a partir de precursores
simples, produzem e mantem 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.”
Células = Sistemas abertos
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
•
De onde tiramos a nossa energia?
ATP: “moeda” energética
Hidrólise do ATP
Energia livre de Gibbs
G – energia livre de Gibbs
H – entalpia
S - entropia
Equilíbrio:
aA + bB
cC + dD
Hidrólise da fosfocreatina
= molécula de estoquagem de energia
Rotas metabólicas: conjunto de reação que produz ou degrada um
determinado produto (substrato) ou conjunto de produto ex: glicólise
dois tipos de rotas:
- catabólicas (onde há degradação, ou “quebra” de compostos);
- anabólicas (que é a síntese, ou seja, formação de compostos).
As vias catabólicas são acompanhadas por liberação de energia livre,
enquanto o anabolismo requer energia para ser realizado.
Vias metabólicas
•Vias catabólicas: convergentes
•Vias anabólicas: divergentes
•Algumas vias são cíclicas, ou seja, um
precursor da via é regenerado por meio
de uma série de reações.
Características das rotas metabólicas:
- Irreversibilidade
- Direcionamento
- Economia dos intermediários
- Regulação
DG’°<0
A
A=B?
2
1
C
B
ciclo fútil
Características das rotas metabólicas:
- Irreversibilidade
- Direcionamento
- Economia dos intermediários
- Regulação
DG’°<0
A
2
1
C
B
Características das rotas metabólicas:
- Irreversibilidade
- Direcionamento
- Economia dos intermediários
- Regulação
DG’°<0
A
2
1
C
B
Características das rotas metabólicas:
- Irreversibilidade
- Direcionamento
- Economia dos intermediários
- Regulação
Várias etapas existem para oxidar a glicose más somente uma faz sentido
nas transformações químicas necessárias para a célula
Características das rotas metabólicas:
- Irreversibilidade
- Direcionamento
- Economia dos intermediários
- Regulação
Intermédiários que participam de forma reversível nas reções de oxido-redução
como transportadores de életrons
Coenzimas como transportadores de elétrons
Reações de oxidação-redução:
Agente redutor: molécula doadora de elétrons
Agente oxidante: molécula receptora de elétrons
C6H12O6 + 6O2
NAD+/FAD
6CO2 + 6H2O
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.
NADH
FADH2
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
DG’º hidrólise < -25 kJ/mol
Hidrólise do fosfoenolpiruvato (PEP)
Hidrólise do 1,3-difosfoglicerato
Esses compostos fosforilados tem energia suficiente para sintetizar o ATP
potencial de transferência de grupo fosfato
Características das rotas metabólicas:
- Irreversibilidade
- Direcionamento
- Economia dos intermediários
- 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.
As 3 etapas da respiração celular
ATP
ADP +
H+
NADH + H+
ADP
NAD+
ATP
H2O
ATP
ADP + H+
NADH + H+
ADP
NAD+ + Pi
ATP