Universidade Federal do Rio de Janeiro
Bioquímica
Bioenergética
2º período - Enfermagem
Éverton Dias D’Andréa
Setembro 2011
1
METABOLISMO
Conjunto de reações químicas que ocorrem nas células ou no
interior de organismos vivos.
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 =
biossíntese
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 à custa da energia retirada do meio
ambiente.
Assim, as células sintetizando macromoléculas complexas a partir de
precursores simples, produzem e mantêm uma ordem aparentemente contrária à
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 estocagem de energia
Rotas metabólicas: conjunto de reação que produz ou degrada
um determinado produto (substrato) ou conjunto de produtos.
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, mas somente uma faz sentido
nas transformações químicas necessárias para a célula.
Características das rotas metabólicas:
- Irreversibilidade
- Direcionamento
- Economia dos intermediários
- Regulação
Intermediários que participam de forma reversível nas reações 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 termodinamicamente instável
Hidrólise do ATP – exergônica. Energia de ativação relativamente grande. Por isso, a molécula do ATP é
cineticamente estável em pH 7,0. A variação de energia livre-padrão para a hidrólise do ATP é -30,5kJ/mol,
mas a energia livre real de hidrólise (DG) do ATP´no interior das células vivas é muito diferente, variando de
-50 a -65kJ/mol.
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
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