Bioenergética

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NUTRIÇÃO, UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 
@larirodrigues.b 
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Princípios de Bioenergética 
Os organismos são classificados de acordo 
com a fonte de energia (luz solar ou 
compostos químicos oxidáveis) e a fonte de 
carbono utilizadas para síntese do material 
celular. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Corresponde ao somatório de todas as 
transformações químicas que ocorrem em 
uma determinada célula ou organismo; 
Compreende uma série de reações catalisadas 
enzimaticamente, as vias metabólicas; 
Nestas vias metabólicas, cada uma das etapas 
consecutivas produz uma alteração química em 
 
que o precursor é convertido em produto por 
meio de uma série de intermediários 
denominados metabólitos. 
 O catabolismo corresponde à fase 
degradativa do metabolismo na qual 
moléculas nutrientes orgânicas 
(carboidratos, gorduras e proteínas) 
são convertidas em produtos finais 
menores e mais simples (como ácido 
láctico, CO2 e NH3). As vias 
catabólicas liberam energia. 
 O anabolismo ou biossíntese 
corresponde à formação de 
moléculas maiores e mais complexas 
(lipídeos, polissacarídeos, proteínas e 
ácidos nucleicos) a partir de 
moléculas precursoras pequenas e 
simples. As reações anabólicas 
requerem energia, energia, 
geralmente na forma de potencial de 
transferência do grupo fosforil do ATP 
e do poder redutor de NADH, NADPH 
e FADH2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte de energia dos organismos 
Metabolismo 
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 Tipos de vias metabólicas 
Em geral, as vias catabólicas são 
convergentes e as vias anabólicas são 
divergentes. Algumas vias são cíclicas: 
um composto inicial da via é regenerado 
em uma série de reações que converte 
outro componente inicial em um produto. 
Refere-se ao estudo quantitativo das 
transformações de energia que ocorrem nos 
organismos vivos, bem como da natureza e 
função dos processos químicos envolvidos 
nestas transformações. 
Depende de uma propriedade fundamental dos 
seres vivos: controlar e aproveitar a energia de 
diversas fontes canalizando-as para o trabalho 
biológico. 
As transformações de energia em sistemas 
biológicos obedecem às leis da termodinâmica: 
 Primeira Lei da Termodinâmica: 
Princípio da conservação de energia – 
“em todas as transformações, a energia 
do universo permanece constante, 
embora possa mudar de forma.” 
 Segunda Lei da Termodinâmica: 
tendência que o universo apresenta para 
uma desordem crescente; em todos os 
processos naturais, a entropia do 
universo aumenta. 
 
 
 
Parâmetros termodinâmicos que descrevem 
as trocas de energia em uma reação 
química: 
 Energia livre de Gibbs (G): Expressa 
quantitativamente a energia capaz de 
realizar trabalho durante uma reação, 
em temperatura e pressão 
constantes. 
ΔG < 0 ⇨ libera energia → reação 
exergônica 
ΔG > 0 ⇨ recebe energia → reação 
endergônica 
ΔG – variação da energia livre. 
 
 Entalpia (H): Conteúdo de calor no 
sistema. Reflete número e tipo de 
ligações químicas dos reagentes e 
produtos. 
ΔH < 0 ⇨ libera calor → reação 
exotérmica 
ΔH > 0 ⇨ absorve calor → reação 
endotérmica 
 
 Entropia (S): Expressão quantitativa 
para a aleatoriedade ou desordem 
de um sistema. 
ΔS > 0 (ganho de entropia) ⇨ 
produtos menos complexos e mais 
desordenados que os reagentes 
 
Sob as condições existentes em sistemas 
biológicos (em T e p constantes), as 
variações de energia livre, entalpia e entropia 
são quantitativamente relacionadas pela 
equação: 
 
Bioenergética 
Princípios da Bioenergética 
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ΔG = ΔH – TΔS 
Unidades: ΔG (J/mol ou cal/mol) 
ΔH (J/mol ou cal/mol) 
T (Kelvin, K) 
ΔS (J/mol.K) 
Para uma reação ser espontânea, ΔG < 0. 
Em um processo natural, se: 
✔ ΔG < 0 (sinal negativo), será espontâneo – 
exergônico 
✔ ΔG > 0 (sinal positivo), não será espontâneo 
– endergônico 
✔ ΔG = 0, estará em equilíbrio 
A formação de produtos de menor energia dita 
a ocorrência de processos espontâneos! 
Todas as reações químicas tendem a ocorrer 
para que resultem na diminuição da energia 
livre do sistema! 
Se a reação é espontânea ou favorável, isso 
não quer dizer que ela é rápida. O que dita a 
velocidade da reação é a energia de 
ativação, a barreira energética necessária 
para a reação ocorrer. 
As variações de energia livre padrão são 
aditivas, ou seja, a reação química final 
resultante de sucessivas reações que 
compartilham intermediários comuns possui ΔG 
global que equivale à soma dos valores de ΔG 
para as reações individuais. 
Isso explica como uma reação endergônica 
ocorre no sentido direto quando acoplada a 
uma reação altamente exergônica, por um 
intermediário comum! 
 
As principais reações químicas necessárias 
para a produção de energia são: 
 Reações de transferências de 
grupos fosforil, necessárias para 
ativação de moléculas em reações 
que seriam desfavoráveis; 
 Reações de oxidação-redução, que 
envolvem perda ou ganho de e- e são 
importantes na liberação de energia 
para o catabolismo. 
ATP é a conexão química entre catabolismo 
e anabolismo – Moeda energética das 
células; 
A conversão 
exergônica de 
ATP em ADP + Pi 
ou AMP + PPi é 
acoplada a muitas 
reações 
endergônicas; 
A energia para as 
reações 
endergônicas não 
são obtidas 
diretamente da 
quebra do ATP e 
sim da 
transferência de 
um grupo do ATP. 
 
Reações Químicas Comuns 
Transferência de Grupos Fosforil e ATP 
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Existem três formas de sintetizar ATP: 
1. Fosforilação em nível de substrato: 
ATP é gerado quando um P de alta 
energia é transferido diretamente de um 
composto orgânico fosforilado ao ADP. 
 
2. Fosforilação oxidativa: elétrons 
provindos de coenzimas reduzidas 
durante o catabolismo fluem por uma 
cadeia transportadora de elétrons, 
gerando a energia necessária à síntese 
de ATP. 
 
3. Fotofosforilação: energia luminosa é 
convertida em energia química na 
forma de ATP e NADPH que são 
utilizados para sintetizar compostos 
orgânicos. O fluxo de elétrons durante 
a fotossíntese gera as condições 
necessárias para a síntese de ATP. 
Estão sempre acopladas. 
Reações de transferência de e- em que a 
espécie oxidada perde e- e a espécie 
reduzida ganha e- ; 
Estes e- se movem de intermediários 
metabólicos para transportadores de e- 
especializados que doam e - a um receptor 
que apresenta maior afinidade por e- , com 
liberação de energia; 
O fluxo de elétrons é responsável direta ou 
indiretamente por todos os trabalhos 
realizados pelos organismos vivos; 
As espécies químicas têm afinidades 
diferentes por e- e estes fluem 
espontaneamente, impulsionados pela força 
eletromotriz (fem, em volts), proporcial à 
diferença por afinidade por e - . 
Em reações biológicas, os principais 
aceptores de e- são: NAD+, NADP+, FAD e 
FMN. 
Geração de ATP 
Reações Biológicas de Oxidação-Redução 
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1. O que é metabolismo? Como ele se 
divide? 
É a soma de todas as reações químicas que 
acontecem no organismo vivo. Se divide em 
catabolismo (reações de quebra) e anabolismo 
(reações de síntese). 
2. O que é bioenergética? 
É o estudo quantitativo das tranferências de 
energias que acontecem nas reações químicas. 
3. O que é uma reção espontânea? Ela 
necessariamente ocorre em velocidade 
rápida? 
É aquela que tem o ΔG (variação de energia 
livre de Gibbs) menor que zero, negativa. Ela 
não necessariamente ocorre em velocidade 
rápida, a rapidez vai depender da energia de 
ativação. 
4. Qual a conexão química entre 
catabolismo e anabolismo? 
Principalmente o ATP, mas também as 
moléculas reduzidas. 
5. Qual a função do fluxo de elétrons no 
metabolismo?Gerar energia, ATP.