P2 de Bioquimica

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO INSTITUTO 
BIOMÉDICO 
Prova 2 de Bioquímica 1 (2020-1) 
Data: 25/01/2021 
Curso: Biomedicina 
Professor: Pedro Castilho 
Nome: Ana Beariz Rodrigues Floriano dos Santos 
 
1. Explique o mecanismo através do qual a célula muscular utiliza ácidos 
graxos como combustível preferencial em condições de aerobiose, inibindo a 
utilização de glicose. 
A aerobiose é um processo de respiração celular onde é obrigatória a 
presença de oxigênio. Nesse processo, grande quantidade de energia se dá pela 
degradação da glicose. Os carboidratos são responsáveis por liberar a glicose 
enquanto o lipídio é responsável por liberar ácidos graxos no organismo, logo os 
dois são fontes de energia em condições de aerobiose. Contudo, enquanto nesse 
processo de respiração celular a maioria das células do corpo favorece o uso da 
glicose, as células musculares utilizam preferencialmente os ácidos graxos. 
Essa preferência dos músculos pelos ácidos graxos é explicada pelo ciclo 
glicose-ácido graxo. O mecanismo que suporta esse conceito está associado a uma 
razão elevada das concentrações de acetil-CoA/CoA-SH como consequência de 
uma oxidação elevada de lipídios seguida por um aumento no conteúdo intracelular 
de citrato e glicose-6-P (G6-P). O acúmulo do acetil-CoA gera a inibição da enzima 
piruvato desidrogenase (PDH), que é a enzima responsável pela fosforilação e 
inativação do complexo PDH, reduzindo a oferta de piruvato (glicose) como 
substrato oxidativo. Simultaneamente, o conteúdo elevado de citrato inibe a enzima 
reguladora da via glicolítica fosfofrutoquinase (PFK). Esse efeito aumenta a razão 
G6-P/F1,6-bifosfato inibindo a hexoquinase, a enzima responsável pela captação e 
fosforilação de glicose, assim reduzindo a disponibilidade intracelular de glicose 
como substrato. 
O ciclo glicose-ácido graxo é importante não somente para que tenha um 
aumento do fornecimento de energia aos tecidos, mas principalmente na economia 
da utilização dos estoques limitados de glicose. Esse mecanismo estabelece a 
regulação metabólica crucial para a homeostase energética. 
A Glicose é uma fonte valiosa de energia para o organismo, mas a sua 
capacidade de estoque em forma de carboidrato é limitada, fazendo necessário a 
busca por estratégias de economia do uso dessa fonte. Pensando nesse sentido de 
armazenamento, o lipídio pode ser armazenado com muito mais facilidade do que o 
carboidrato, produtor da glicose. 
Ao contrário das reservas de carboidratos, as reservas de lipídios em 
humanos são ilimitadas e a densidade energética dos lipídios é aproximadamente 
10 vezes maior que a dos carboidratos e seu peso em estoque de energia é menor, 
proporcionando maior eficiência na produção final de energia em comparação aos 
carboidratos. 
Esse conceito ajuda a esclarecer a preferência do tecido muscular pelos 
ácidos graxos. Nessas condições, a lipólise do tecido adiposo periférico é favorecida 
aumentando a disponibilidade de ácidos graxos para a captação e utilização pelo 
músculo esquelético. Caso essa regulação não ocorra, os estoques de glicose 
podem acabar precocemente, comprometendo a performance muscular. 
 
 
2. Por que um esquimó com dieta deficiente em carboidratos estaria 
nutricionalmente melhor comendo alimentos com lipídeos contendo ácidos 
graxos com número ímpar de átomos de Carbono ao invés de número par? 
Os ácidos graxos são a maior reserva de energia dos seres vivos e seu 
catabolismo ocorre principalmente através da β-oxidação. Esta via faz parte do 
metabolismo primário dos mamíferos, sendo que sua regulação é integrada à 
regulação de outras vias vinculadas ao balanço energético. 
Pela regulação da oxidação de ácidos graxos pelo organismo humano ser 
feita de forma integrada com a regulação de outras vias primárias do metabolismo 
energético, como as que controlam o uso de carboidratos ou aminoácidos como 
fonte nutricional, diferentes condições e dietas podem influenciar o funcionamento 
da β-oxidação. 
Esta rota pode ser entendida como uma série de reações pelas quais 
unidades de dois carbonos (acetil-CoA) são sucessivamente removidas da molécula 
de ácido graxo. Durante o processo, também são produzidos NADH (nicotinamida 
adenina dinucleotídeo) e FADH2 (flavina adenina dinucleotídeo), os quais doam 
elétrons para a cadeia respiratória mitocondrial que, por sua vez, os transfere ao 
oxigênio molecular em reações sequenciais que geram um gradiente eletroquímico 
utilizado para a síntese de ATP. 
Porém o funcionamento da β-oxidação apresenta particularidades para os 
ácidos graxos com número par e ímpar de carbonos, bem como para aqueles que 
possuem insaturação. 
Ácidos graxos cujas cadeias possuem número par ou ímpar de carbonos 
levam à formação de produtos diferentes, quando totalmente degradados pelo ciclo 
das quatro reações da β-oxidação. Isso porque ácidos graxos com número par de 
átomos de carbono chegam ao último ciclo da via com quatro carbonos, enquanto 
ácidos graxos com número ímpar chegam com cinco carbonos. 
A quantidade de ATP, resultante da oxidação de ácidos graxos saturados, 
com número par de carbonos, pode ser calculada a partir da soma da quantidade de 
ATP provenientes das moléculas de NADH e FADH2 originados na β-oxidação 
(ATPβ-OX), com a quantidade de ATP produzidos pela oxidação completa do 
acetil-CoA, no ciclo de Krebs. 
Já os ácidos graxos ímpares também são oxidados pela β-oxidação, só que 
neste caso a última volta da via leva à formação de uma unidade de acetil-CoA (dois 
carbonos) e uma de propionil-CoA (três carbonos). 
Enquanto o primeiro pode ser oxidado no ciclo de Krebs, o proprionil-CoA 
não pode, e por isso ele é transformado em succinil-CoA por três reações 
catalisadas pelas enzimas proprionil-CoA carboxilase, metilmalonilCoA epimerase e 
metilmalonil-CoA mutase. 
O succinil-CoA gerado pode ser desviado para a gliconeogênese ou ser 
oxidado no ciclo de Krebs. Lembrando que succinil-CoA é um dos metabólitos que 
atua como espécime catalítica regenerada no próprio ciclo e não como fonte de 
energia. Por isso ele precisa ser convertido em malato por reações habituais do 
ciclo de Krebs e transportado da matriz mitocondrial para o citosol. O malato é 
descarboxilado à piruvato pela enzima málica. O piruvato entra novamente na matriz 
mitocondrial onde sob a ação do complexo piruvato desidrogenase sofre 
descarboxilação oxidativa originando acetil-CoA, que efetivamente pode ser oxidado 
no ciclo de Krebs. 
O Esquimó ao possuir uma dieta deficiente em carboidratos tem, 
consequentemente, uma dieta com pouca glicose. A glicose é responsável por gerar 
piruvato na via da Glicólise, que é a principal fonte de Oxaloacetato. Por 
consequência da falta de Oxaloacetato a velocidade do ciclo de ácido cítrico reduz. 
Logo, ao esquimó se alimentar de ácidos graxos com um número ímpar de 
carbono ele estaria repondo a sua necessidade de gerar piruvato. Como foi visto e 
detalhado acima, a conversão do propionato em succinil-CoA fornece intermediários 
para o ciclo do ácido cítrico e precursores de quatro carbonos para a 
gliconeogênese. Assim não afetando a produção de energia e auxiliando na 
manutençãodo ciclo do ácido cítrico. Manutenção essa que não é possível de ser 
feita com ácidos graxos com número de carbonos para. 
 
 
3. A membrana externa da mitocôndria é permeável à maioria dos solutos de 
baixo peso molecular. A membrana interna, entretanto, possui seletividade, 
sendo impermeável por exemplo a coenzimas, nucleotídeos, etc. De posse 
dessas informações responder as seguintes indagações: 
a) Como os acil-CoA produzidos após ativação dos ácidos graxos podem ser 
degradados na β-oxidação? 
As enzimas da oxidação de ácidos graxos nas células animais estão 
localizadas na matriz mitocondrial. Uma vez dentro das células, os ácidos graxos 
são ativados na membrana mitocondrial externa pela conversão em tioésteres de 
acil-CoA graxos. A acil-CoA graxo que será oxidada não conseguem passar 
livremente através das membranas internas da mitocôndria. Por isso, para entrar na 
matriz mitocondrial primeiro eles precisam passar pelas três reações enzimáticas do 
ciclo da carnitina. 
Este processo de transporte envolve a ação de uma transférase da 
membrana mitocondrial externa (carnitina palmitoil-transférase I) que catalisa a 
transferência do acil do acil-CoA para a carnitina, um transportador da membrana 
mitocondrial interna que é um antiporter (troca acil-carnitina que entra por carnitina 
que sai) e uma outra transférase (localizada na membrana interna da mitocôndria 
mas cujo centro ativo está voltado para a matriz) que reverte o processo catalisado 
pela primeira transférase permitindo a formação de acil-CoA dentro da matriz celular 
(carnitina palmitoil-transférase II). 
1. carnitina(fora) + acil-CoA(fora) → acil-carnitina(fora) + CoA(fora) 
2. acil-carnitina(fora) + carnitina(dentro) → acil-carnitina(dentro) + carnitina(fora) 
3. acil-carnitina(dentro) + CoA(dentro) → carnitina(dentro) + acil-CoA(dentro) 
 
 
b) Como o NADH produzido na via glicolítica pode ser reoxidado na cadeia 
respiratória? 
A NADH-desidrogenase da membrana mitocondrial interna de células 
animais pode aceitar elétrons somente do NADH na matriz. Considerando que a 
membrana interna não é permeável a NADH, a molécula depende de sistemas 
especiais de lançadeiras para carregarem equivalentes redutores do NADH 
citosólico para as mitocôndrias por uma via indireta. Assim, o NADH gerado pela 
glicólise no citosol pode ser reoxidado a NAD1 pelo O2 ao longo da cadeia 
respiratória. 
 
 4. Um microorganismo aeróbico facultativo é cultivado em meio líquido 
glicosado com aeração e sem aeração. Em qual das duas culturas o consumo 
de glicose pelas células é maior? Justificar a resposta em termos de 
regulação metabólica. 
Com Aeração → Glicose → co2 + h2o + 38ATPs 
Sem Aeração → Glicose → Lactato + 2ATPs 
Ao observar o rendimento da glicose em cada caso, vemos que o rendimento 
no caso aeróbico é muito maior do que no anaeróbico, logo o consumo de glicose é 
menor no meio com aeração e maior no meio sem aeração. 
No caso do metabolismo aeróbico o baixo consumo de glicose é explicado 
pela alta relação de ATP/ADP. As concentrações de ATP e ADP estabelecem a 
velocidade de transporte de elétrons pela cadeia respiratória, por uma série de 
controles interconectados sobre a respiração, a glicólise e o ciclo do ácido cítrico. 
A fosforilação oxidativa é regulada pelas demandas energéticas celulares. 
Assim, a baixa concentração de ADP deixa de estimular a cadeia respiratória e 
também a isocitrato desidrogenase, gerando um acúmulo de citrato. O citrato e o 
ATP em altas concentrações no citosol inibem a fosfofrutoquinase 1 que é o 
principal ponto de regulação da glicólise.