Aula 2
Bioenergética e
Metabolismo de carboidratos
De onde vem a energia pra estas atividades?
Carboidratos
Gorduras
Proteínas
Proteínas
Polissacarídeos
Lipídeos
C
A
A
T
A
B
O
L
I
S
M
O
CO2
H2O
NH3
Energia
química
N
A
B
O
L
I
S
M
O
Aminoácidos
Glicídeos
Ácidos Graxos
Metabolismo
Atividade coordenada em um sistema multienzimático para:
 obter energia química através da luz solar
(fototróficos) ou de nutrientes disponíveis no
meio-ambiente (quimitróficos);
 converter micronutrientes em
biomacromóleculas;
 sintetizar ou degradar biomóleculas
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
Intermédiários que participam de forma reversível nas reções de oxidoredução como transportadores de életrons
Características das rotas metabólicas:
• Irreversibilidade
• Direcionamento
• Economia dos intermediários
• Regulação
1) Limitado pelo substrato (reação em equilíbrio).
2) Limitado pela enzima (reação exergônica) – passo
limitante da via.
3) Enzimas específicas (pelo menos uma) para catalisar
apenas anabolismo ou catabolismo.
Objetivos do metabolismo
• Produzir energia química em forma de ATP e NADH (NADPH, FADH2, etc)
 Para sintetizar moléculas complexas partindo de precursores simples
(anabolismo ou biosíntese)
 Para realizar um trabalho (ex: contração muscular)
Rotas 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.
Bioenergética
• Bioenergética é o estudo quantitativo da transdução de energia que ocorre nas
células bem como os processos químicos envolvidos.
Bioenergética
• 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 aparente...
• Isso é contrário à Segunda lei da termodinâmica ?! Ou não?!
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 são sistemas abertos que tendem a desordem!
Transdução de energia
Fototróficos
Quimiotróficos
Bioenergética
Unidades termodinâmicas que descrevem a variação de energia:
•
Energia Livre de Gibbs, G: quantidade de energia necessária para realizar uma
reação a temperatura e pressão constantes.
•
Entalpia, H: calor contido no sistema reacional.
•
Entropia, S: quantidade desordem do sistema.
Energia livre de Gibbs
G – energia livre de Gibbs
H – entalpia
S - entropia
Equilíbrio:
aA + bB
cC + dD
(ΔG’° = ΔG padrão: medido sob
condições de temperatura, pressão e
concentração constantes)
Acoplamento de energia
Reações exergônicas (espontâneas) X Reações endergônicas
ΔG’° para oxidação completa da glicose em CO2 + H20 ~ 686 kcal/mol (2850 kJ/mol)
ΔG’° de hidrólise de ATP ~7,3 kcal/mol (30,5 kJ/mol)
 Acoplamento das reações permite a síntese de várias moléculas de ATP
ATP: “Moeda” energética
A liberação de ADP e Pi é mais
estável do que o composto por ATP.
 Liberação de energia.
Hidrólise do ATP:
Fosfocreatina: Outra molécula de estocagem de energia
Hidrólise do fosfoenolpiruvato (PEP)
Hidrólise do 1,3-difosfoglicerato
Compostos de alta energia
ΔG’° hidrólise < -25 kJ/mol
Alguns desses compostos fornecem energia suficiente para sintetizar ATP
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.
NAD
• Forma ativa da coenzima B3;
NAD+  NADH
(oxidado)
(reduzido)
• Encontrada nas células de todos os seres vivos;
• Usado como "transportador de elétrons" nas reações metabólicas de oxi-redução
FAD
FAD
 FADH2
(oxidado)
(reduzido)
Metabolismo de carboidratos
Carboidratos
• Compostos orgânicos com pelo menos três carbonos, onde todos os carbonos possuem
um grupamento hidroxil, com exceção de um carbono que possui um grupamento
carbonil;
• Podem ser aldoses (carbonil em uma posição terminal) ou cetoses (carbonil em posição
não-terminal);
• Fórmula geral (CH2O)n.
Classes de carboidratos
Monossacarídeo
Dissacarídeo
Oligossacarídeo
Polissacarídeo
(>20 unidades monossacarídicas)
Monossacarídeos possuem centros de assimetria
Isômeros óticos
(enantiômeros):
Formas D e L
Classsificação quanto ao número de carbonos
Classsificação quanto ao número de carbonos
Estruturas cíclicas
Forma linear
Forma cíclica

Grupamento acetal
(apresenta quiralidade)
OBS: Aldoses geram grupamento acetal; Cetoses geram grupamento cetal
Estruturas cíclicas
5 carbonos:
6 carbonos:
Monossacarídeos modificados
•
•
Grupo hidroxil substitído por outros grupos; ou carbonila oxidada gerando uma
carboxila.
Outra modificação importante é a fosforilação.
Extremidade redutora
Formação de polímeros
Formação de polímeros
1 extremidade redutora
Açúcar não-redutor
Açúcar não-redutor
Dissacarídeos
LACTOSE
SACAROSE
Glicose
Frutose
Ligação:  1,2
Glicose
Ligação:  1,4
Galactose
Polissacarídeos
Celulose: Unidades de glicose unidas por ligações glicosídicas  1,4.
Polissacarídeos
Amido: Composto de duas frações: amilose (A) e amilopectina (B), que correspondem,
respectivamente, a cerca de 20% e 80% do amido na maioria das plantas.
• Amilose é composta por cadeias lineares de resíduos de glicose unidos por ligações 
1,4.
• Amilopectina contém cadeias lineares curtas, cerca de 24-30 unidades de glicose e
cadeias ramificadas formadas por ligações  1,6.
AMILOSE: cadeia linear / ligações  1,4
AMILOPECTINA: cadeia linear / ligações  1,4
cadeia ramificada / ligações  1,6
Polissacarídeos
Glicogênio: As cadeias da molécula de
glicogênio
assemelham
às
da
amilopectina, embora sejam mais
ramificadas (13 resíduos de glicose e
duas ramificações por cadeia). As
unidades de glicose estabelecem
ligações  1,4 nos segmentos lineares,
é ligações  1,6 nas ramificações.
Funções gerais dos carboidratos
•
Bioenergética: são degradados para ressintetise de ATP
•
Estrutural: a parede celular dos vegetais, a celulose.
•
Reserva de energia: amido (vegetais), glicogênio (animais), trealose (insetos)
•
Moléculas de adesão (membrana plasmática)