Hidrólise do ATP e Energia Útil

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BIOQUÍMICA DO EXERCÍCIO
Energia útil (ΔG) liberada pela quebra do ATP e em outras reações químicas
A molécula de ATP (Trifosfato de Nucleotídeo de
Adenosina) possui massa molecular MW = 507, é
composto por grupo fosfato + ribose + adenina
(adenosina = ribose + adenina). → ATP não é energia,
pois possui massa, a hidrólise dessa molécula que
libera energia (em condições corretas). Outras formas
de Nucleotídeos de Adenosina.
AMP → monofosfato de Nucleotídeo de Adenosina.
ADP → difosfato de Nucleotídeo de Adenosina.
Os precursores desses nucleotídeos (substratos):
● glutamina, glicina, aspartato (aminoácidos);
● glicose (carboidrato).
HIDRÓLISE DO ATP: ATP ⇄ ADP + Pi
Hidrólise = requer água → ATP interage com uma molécula de
água, dando os produtos ADP, fosfato inorgânico e um íon H+
(liberado para o meio), normalmente a interação da água é
omitida, por convenção, na reação.
Para liberar energia, o ATP necessita ser hidrolisado, e para não esgotar o ATP, a sua
ressíntese é ocorrida concomitantemente. A principal via metabólica que faz ressíntese,
decorre do catabolismo oxidativo (retirar elétrons) dos substratos energéticos (degradação
de carboidratos, lipídios e aminoácidos).
É a reação de hidrólise que libera a energia do ATP (ΔGATP → energia útil). E essa reação
só ocorre se a reação estiver distante do seu estado de equilíbrio = quanto mais
distante, mais energia será liberada (ΔG).
*Estado de equilíbrio = sem potencial para fluxo entre “os lados” (por definição, é quando a
taxa de formação dos produtos equivale a taxa de formação dos substratos da reação).
*Distante do estado de equilíbrio = tamanho do potencial para haver fluxo entre “os lados”.
Modelo exemplo: reservatório de água (ilustrar relação entre equilíbrio da reação).
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EQUILÍBRIO DISTANTE DO EQUILÍBRIO
EQUILÍBRIO em uma reação:
CONDIÇÕES PADRÕES (em um tubo de ensaio):
ΔG°’ = ΔG nas condições padrões da bioquímica.
pH 7.0
[Mg2+] = 1 mM
Temperatura = 25 °C ou 37 °C
→ relação de mesma quantidade entre [substratos] e [reagentes] = 1 M (mol/L) de cada.
reação genérica: A ⇄ B
● Primeiro passo: encontrar o estado de equilíbrio da reação (deixar o tempo agir nas
condições padrões.
Equilíbrio (K’eq) da reação de hidrólise do ATP
A reação parte do instante 0, com 1
M de cada molécula, com o passar
do tempo, a concentração do ATP
diminui (para 40 µM = 40 * 10-6M), e a
concentração dos produtos aumentou
(valor máximo é de 2 M, devido às
concentrações iniciais), ou seja, a
reação pendeu para a direita, atingindo o
equilíbrio (instante horizontal da curva).
Calculando a constante do
equilíbrio:
K’eq = [ADP] * [Pi] / [ATP]
Nesse caso da reação de hidrólise do ATP, sob as condições padrões, o valor de K’eq é de
100.000 M (M - molar - pois também se equaciona M * M / M = M).
*Nas condições padrões, a quantidade de energia liberada (ΔG°’) é uma função da K’eq,
sendo ela:
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ΔG°’ = -R * T * 2,3 * log K’eq
No caso da hidrólise do ATP, ΔG°’ = -6 (aproximado) * 5 (valor log) = ~ -30kJ/mol.
O cálculo do ΔG°’ foi
feito de acordo com a
reação distante do
estado de equilíbrio,
ponto donde parte a
seta no gráfico. Visto
que no instante em que
ATP possui
concentração de cerca
de 40 µM, o ΔG°’ é zero.
K’eq e ΔG°’ indicam o sentido da reação nas condições padrões:
Se K’eq > 1 → reação é direta (ΔG°’ é negativo);
Se K’eq = 1 → reação está no equilíbrio (ΔG°’ é zero);
Se K’eq < 1 → reação é reversa (ΔG°’ é positivo).
→ Consequências teóricas do conceito de energia útil:
Quando a reação não progride para nenhum lado, está em equilíbrio dinâmico, não
há variação de energia útil.
Portanto, pode haver ATP no sistema e não haver energia disponível se a sua
reação de hidrólise estiver no estado de equilíbrio → é a reação bioquímica em andamento
que libera a energia útil do composto.
*Estar em equilíbrio não significa a mesma concentração → na química principalmente. O
estado de equilíbrio é a razão entre multiplicação dos reagentes e multiplicação dos
produtos = [ADP] * [Pi] / [ATP] = 105.
ΔG real do ATP nas células
Vale ressaltar que o ΔG do ATP nas condições padrões (ΔG°’) não é o ΔG real das
condições das células:
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Cálculo do real:
*obs = observado.
→ Acumular os produtos faz
com que a reação fique mais
próxima do estado de equilíbrio
= ΔG diminui, tudo que faz a
concentração de ATP diminuir
também vai diminuir o ΔG.
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Quando mais distante do equilíbrio, maior o ΔG real:
A degradação dos substratos
energéticos mantém a reação de
hidrólise do ATP distante do seu
estado de equilíbrio:
Metabolismo = ressíntese de ATP → garante que a reação de hidrólise estará sempre
distante do equilíbrio, promovendo uma homeostase elevada (equilíbrio dinâmico). Se o
metabolismo energético cessa (por ex. asfixia), deixará de existir a força motriz de
manutenção da distância do estado de equilíbrio, gerando o estado de equilíbrio da reação
e uma tragédia energética, não haverá mais energia disponível → morte da célula e
organismo (alcançamos o equilíbrio apenas uma vez na vida = quando morremos).
Portanto o ATP é o intermediário energético nas células, pois:
● A reação de hidrólise do ATP tem um elevado ΔG nas condições da célula, pois ela
é mantida distante do seu estado de equilíbrio.
● O ATP é um intermediário comum, transferindo energia entre várias reações
bioquímicas e processos celulares porque há especificidade enzimática permitindo
isso.
Liberação/captação de
energia útil (ΔG) nas
reações [redox] de
transferência de elétrons:
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Nas reações redox, o ΔG é uma função da diferença de potencial de oxirredução (ΔE)
Se usarmos um
valor de ΔEpadrão,
obtemos o ΔGpadrão.
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