ENERGIA,CATÁLISE E BIOSSÍNTESE

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MARIANA SOARES 
 Energia, catálise e biossíntese 
 
Energia: É a capacidade de algo em realizar trabalho. Nosso corpo 
precisa de energia para realizar inúmeros trabalhos importantes para 
a manutenção do metabolismo. 
 
● A energia é adquirida pelo ser humano, principalmente, por meio 
das vias de alimentação. Com essa energia recebida pelas moléculas 
de alimento o organismo é capaz de produzir novas moléculas, 
sintetizar substâncias. Assim como, as células são capazes de realizar 
reações químicas. 
 
● As células podem armazenar energia na forma de ligação química. 
 
Reação química: ● Cada reação química precisa de uma enzima 
específica para ocorrer. 
● As enzimas são catalisadores utilizados para aumentar a velocidade 
da reação diminuindo a energia de ativação. 
EX: 
> A glicose é fosforilada pela 
hexoquinase, gerando glicose 6 fosfato, para a glicose não sair da 
célula (novamente para a corrente sanguínea) A glicose 6 fosfato pela 
isomerase (porque a glicose e a frutose são substâncias isômeras) se 
converte em frutose 6 fosfato As quinases (adicionam grupo fosfato), 
assim como as isomerases (modificam isômeros), fazem o mesmo 
tipo de reação, mas cada uma tem um substrato específico. 
Resumindo: A reação da glicólise foi empregada para demonstrar a 
especificidade da enzima ao seu substrato. 
 
→ Vias metabólicas formam rede complexa de reações 
interconectadas ← 
 Isso demonstra que o processo é todo dependente das partes, logo, 
ao inibir uma enzima, todo o processo será inibido. 
ex: estatinas → classe de medicamentos que inibem uma enzima, e ao inibir 
essa enzima eles inibem toda a síntese endógena de colesterol. 
 
Metabolismo: É o conjunto de reações químicas do organismo: 
Anabolismo + Catabolismo 
 
 ● Anabolismo: Junção/ Síntese (com absorção de energia), de 
estruturas menores dando origem a uma estrutura maior. 
→ “Construção de moléculas mais complexas a partir de molécula 
mais simples” 
- Não é espontâneo. 
- Desfavorável 
- Ex: Anabolizantes, Fotossíntese, Quimiossíntese 
 
● Catabolismo: Quebra (liberação de energia), de estruturas mais 
complexas originando estruturas mais simples. 
- Espontâneo - gera desordem 
- Favorável 
- Ex: Quebra da glicose, Fermentação, Respiração Celular... 
 
 
→ Respiração Celular é dividida em: 
 
1- Glicólise 
2- Ciclo de Krebs 
3- Cadeia Respiratória 
→ O CO2 é resultante da quebra da glicose. 
- As vias catabólicas: Iniciam a partir de moléculas de alimento → A 
gente come carboidrato, lipídio e proteína, que precisam ser 
quebrados para que o nosso corpo consiga absorver a energia provida 
de cada uma dessas substâncias. 
 
→ As vias anabólicas são o inverso. 
 
Uso de energia pelas células: 
● Termodinâmica: “Estudo das leis que regem as relações entre calor, 
trabalho e outras formas de energia, mais especificamente a 
transformação de um tipo de energia em outra, a disponibilidade de 
energia para a realização de trabalho e a direção das trocas de calor.” 
→ Uma energia é sempre convertida em outra energia ← 
 
Essa energia gera disponibilidade para realização de trabalho dentro 
das células. Nem sempre toda energia vai ser transformada em outro 
tipo, pode acontecer de haver perda de uma parte de energia em 
forma de calor. 
 
● Segunda lei da Termodinâmica: tendência universal de as coisas 
tornarem-se desordenadas. Os locais têm tendência sempre a 
aumentar o grau da desordem e o movimento da direção da 
desordem é espontâneo e para revertê-lo é necessário um esforço 
periódico. 
Uma célula isolada não obedece a segunda lei, enquanto uma célula 
no sistema obedece a segunda lei e causa desordem no sistema. 
- Entropia: Mede o grau de desordem do sistema. 
- Parte da energia que as células usam, é convertida em calor 
- Calor = energia em sua forma mais desordenada 
> De onde vem o calor? A energia pode ser convertida, mas nunca 
criada ou destruída. 
 - Dentro das nossas células essa energia geralmente é convertida 
em energia química e em energia térmica. 
→ As células animais, através do alimento, converte parte da energia 
presente nas ligações químicas em movimento térmico de moléculas 
e a energia química em energia cinética. 
● Fotossíntese: Conversão de energia eletromagnética, da luz, em 
energia de ligação química 
● Respiração Celular: Tanto nas plantas, como nos animais a energia 
é retirada das moléculas de alimentos por um processo de OXIDAÇÃO 
gradual. Uma célula, portanto, é capaz de obter energia a partir dos 
açúcares ou de outras moléculas orgânicas porque possibilita que os 
átomos de carbono e de hidrogênio dessas moléculas se combinam 
como o oxigênio, isto é, tornam-se oxidadas produzindo gás 
carbônico e água. 
 
Reações de oxi-redução: 
> OXIDAÇÃO: Perda de elétrons (retirando H) e adição de oxigênio 
- Os elementos menos eletronegativos da tabela tem mais facilidade 
em oxidar 
- Reações de desidrogenação 
 
> REDUÇÃO: Ganho de elétrons (colocando H) 
- Os elementos mais eletronegativos da tabela tem mais facilidade 
em reduzir 
- Reações de Hidrogenação 
 
→ Na reação da respiração: 
1- Glicose oxida em CO2 
2- Oxigênio reduz em H2O 
→ Reação do NAD: 
 
 
ENERGIA LIVRE E CATÁLISE: 
● Catalisador: diminui a energia livre da reação, ou seja, uma 
substância que atue como catalisador irá diminuir a energia 
necessária para ativar essa reação (fazer com que ela ocorra) e 
consequentemente irá acelerar o processo. 
- Enzimas: catalisadores do organismo. 
● Energia Livre: energia que pode ser aproveitada para fazer trabalho ou 
ligações químicas. 
 - A energia do substrato vai ser sempre maior do que a energia do 
produto para que a reação aconteça → para a reação ocorrer 
espontaneamente. 
 
 
→ As reações químicas ocorrem apenas na direção que leva à 
diminuição da energia livre. 
 ● Para que ocorra uma divisão celular precisa haver construção de 
moléculas ordenadas e ricas em energia, a partir de moléculas mais 
simples. 
 - Duplicação dos componentes da célula. 
OBS: 
1. Com ou sem catalisador eu tenho uma substância energética 
reagindo e gerando uma substância menos energética (nas reações 
espontâneas), contudo a reação pode demorar anos, coisa que não 
acontece com a presença de um catalisador. 
 
2. Reação espontânea = Reação “morro abaixo” → energeticamente 
favorável (exemplificado no gráfico acima) e essas reações ocorrem 
normalmente nas nossas células. 
 
3. As moléculas precisam ultrapassar uma barreira energética antes 
de sofrer reação química, que as leve a um estado de menor 
energia = ENERGIA DE ATIVAÇÃO. 
 - Para que a reação ocorra o substrato precisa aumentar a sua 
energia, por meio das suas moléculas, essa energia usada para que o 
substrato consiga iniciar a reação é chamada de energia de ativação. 
Logo, os catalisadores atuam, diminuindo essa energia necessária 
para que a reação comece. 
 
4. Apenas as reações energeticamente favoráveis ocorrem sem a 
ação dos catalisadores, por mais que demorassem mais. 
 - Ex: papel no sol pode queimar sem o fósforo, por mais que 
demore anos, mas pode queimar, contudo o fósforo aumenta a 
velocidade dessa reação. 
5. As enzimas nunca são consumidas durante uma reação, o que é 
consumido é o substrato. 
 
6. As enzimas são altamente seletivas, logo, elas são específicas a 
cada substrato 
 
● Segunda lei da termodinâmica: uma reação química somente pode 
ocorrer se ela resultar em um aumento da desordem do universo. 
 
G = energia livre 
ΔG = variação da energia livre ( grau de desordem criado entre 
as moléculas durante a reação) 
 
ΔG > 0 NÃO ESPONTÂNEA 
ΔG < 0 ESPONTÂNEA {REAÇÕES DE SÍNTESE} 
 
Ex: Dissolução de sal em água → Reação espontânea 
Ex 2:Ligação Peptídica → Reação não espontânea, síntese de 
glicogênio… 
→ As reações não espontâneas normalmente ocorrem através de 
energias vindas de reações favoráveis 
 
→ A variação de energia livre não depende somente da energia 
armazenada em cada molécula, mas também da concentração das 
moléculas. ← 
Ex de uma reação acoplada: 
 
→ comparação da energia de diferentes reações (ΔG 0) 
→ depende de características intrínsecas das moléculas, fixada no 
valor de 1mol/L à 37 graus C. 
 
VARIAÇÃO DA ENERGIA LIVRE: 
● Na reação de Y→ X o delta G é negativo, logo a reação ocorre 
espontaneamente, isso pode ser observado pelo tamanho da seta, já 
a reação X→ Y possui um delta G positivo, logo a reação não ocorre 
naturalmente. 
 - Mas em vivo acontece, mesmo que em pequena quantidade, a 
conversão de X → Y por que as moléculas são altamente energéticas 
 
- Com o tempo essa reação de conversão chega em equilíbrio 
(mesma quantidade de conversão, mas não necessariamente mesmo 
número de moléculas) 
- Mas em vivo o equilíbrio não acontece, porque as células têm que 
estar continuamente trocando produtos e produzindo substâncias, 
logo, se a célula do organismo entrar em equilíbrio ela morre. 
 
 
→ No caso da imagem o Y é conhecido como produto intermediário 
da reação. (PROVA) 
- x→ y : não espontânea (acontece porque a segunda reação puxa 
ela) 
- y→ z : muito espontânea 
→ Ex: Glicólise (a soma do delta G final é negativo) 
● As reações espontâneas são exotérmicas pois liberam energia. 
 
DIFUSÃO: 
● A enzima pode processar milhares de moléculas de substratos por 
segundo 
● As moléculas estão sempre em constante movimento devido a 
energia 
● Realizam percurso aleatório dentro das células 
 
 
DESEMPENHO DAS ENZIMAS: 
 
 
> A medida que mais e mais moléculas de enzimas se tornem 
ocupadas pelo substrato, esse aumento de velocidade perde a força 
até que, em concentrações muito altas de substrato, a velocidade 
atinja seu valor máximo. 
> Nesse ponto, os sítios ativos de todas as moléculas de enzimas se 
tornem ocupadas pelo substrato, e a velocidade de formação do 
produto dependerá apenas de quão rápido a molécula de substrato 
pode ser processada. 
- Constante → KM: concentração na qual a gente metade da 
velocidade máxima da enzima. 
- Na velocidade máxima: todas as moléculas de substrato estão 
ligadas as enzimas. 
 
MOLÉCULAS CARREADORAS ATIVAS: 
● A energia liberada na oxidação das moléculas precisa ser armazenada 
temporariamente 
● Em geral essa energia é armazenada nas ligações covalentes das 
moléculas como por ex: ATP, NADH, FADH2 
● Elas existem por causa da energia química que elas possuem em suas 
moléculas. 
→ Como que na quebra da molécula de glicose é possível sintetizar 38 ATPs 
se a reação é desfavorável? Porque apenas 2 ATPs são produzidos da 
forma não espontânea, o resto dos 36 vem da cadeia transportadora 
de elétrons (bomba que sintetiza ATP), não gasta nada de energia 
para síntese de ATP pela cadeia transportadora. 
 
Cadeia respiratória - cadeia de elétrons: 
● Último complexo de proteínas chama ATP sintase porque ele 
sintetiza ATP 
● Os elétrons pulam de uma proteína para outra (até chegar no 
complexo 4, que vão puxar os elétrons por ser muito oxidante), 
enquanto os prótons são jogados pros espaços intermembrana 
● Vai ser gerada uma energia motora que roda e forma ATP. 
● Esse processo não requer nada de energia.