BIOENERGÉTICA E CARBOIDRATOS

Prévia do material em texto

Metabolismo carboidratos. Fosforilação oxidativa. Ciclo de Krebs. Cadeia respiratória. 19.10.2021 Mª Eduarda D’Avila 106c
BIOENERGÉTICA
É o estudo quantitativo das relações de energia e conversões energéticas em sistemas biológicos.
De onde vem a energia dos organismos vivos? Uma molécula é transformada em outra e dali a energia é guardada no
ATP.
glicose + O2 -> co2 + água que vai virar energia, essa é a equação básica da respiração celular
As células vivas realizam trabalho constantemente, logo, tem a taxa metabólica basal que tem o mínimo de energia
necessária para acontecer o processo fisiológico.
As transformações biológicas de energia obedecem às leis da termodinâmica.
As células vivas realizam trabalho constantemente.
As células necessitam de energia para manterem as suas estruturas altamente organizadas, sintetizar
componentes celulares, transformarem moléculas pequenas e íons através de membranas e gerarem correntes
elétricas.
É comum substituir a ATPase por bomba de Na+/K+
A energia é a capacidade de um sistema realizar trabalho
A energia é convertida, ela não se perde.
Ela vem de onde? o consumo de nutrientes é que faz o ganho da energia.
Em 1787, Lavoisier, disse que a respiração é uma combustão que não gera luz perceptível.
O consumo dos nutrientes tem a função de gerar calor, pois temos a necessidade de energia (40%) e a produção
de calor (60%) para manter a temperatura corpórea adequada.
TERMODINÂMICA
1ª lei: lei da conservação de energia
2ª lei: entropia - grau de desorganização das moléculas.
VARIAÇÃO DA ENERGIA LIVRE
Metabolismo carboidratos. Fosforilação oxidativa. Ciclo de Krebs. Cadeia respiratória. 19.10.2021 Mª Eduarda D’Avila 106c
dG é importante porque é um medidor se a reação é favorável ou não.
Reação exotérmica: substâncias perdem energia e há ganho de calor
Reação endotérmica: substâncias ganham energia e fornece energia para a reação
ACOPLAMENTO DAS REAÇÕES
1. reações dG negativas: são processos exergônicos, eles são usados para acoplar às reações endergônicas
(reações desfavoráveis)
dG > 0 - endergônico/desfavorável
dG < 0 - exergonico/favoravel
Reação 1: endergônica, dG maior que zero. Não acontece sozinha, por isso é acoplada a reação exergônica, a
enzima hexocinase que faz essa reação
Reação 2: exergônica, dG menor que zero. Ela é muito maior.
Reação 3: dG3= dG1 + dG2
METABOLISMO
Metabolismo = catabolismo + anabolismo, ou seja, é o conjunto do que é quebrado e o que é sintetizado.
Carboidratos, lipídeos e proteínas são quebrados e geram CO2, H2O, NH3.
Junta-se carreadores, nucleotídeos, que são transportadores de elétrons e vão ser usados no processo de síntese
de ATP. É uma forma cíclica.
REAÇÕES ENERGÉTICAS E VIAS METABÓLICAS
Aeróbias - usa oxigênio
Anaeróbias - não usa oxigênio, e depende do tipo, duração e intensidade do exercício físico, ou seja, uma prova
de 100m é anaeróbia.
REVISANDO
I. anabolismo: síntese de substâncias em um organismo, é a partir de células simples que formam células mais
complexas.
Glicogênese: glicose + glicose -> glicogênio
Metabolismo carboidratos. Fosforilação oxidativa. Ciclo de Krebs. Cadeia respiratória. 19.10.2021 Mª Eduarda D’Avila 106c
Lipogênese: glicerol + ac. graxos -> triacilglicerol (lipídio)
Síntese proteica: aminoácido + aminoácido -> proteína
II. catabolismo: é a quebra de substâncias, elas são quebradas em partes menores aproveitando a energia do
processo.
Glicogenólise: glicogênio -> glicose ~> energia
Lipólise: lipídeos -> glicerol ~> energia + ac. graxos ~> energia
Proteínas: proteínas -> aminoácido ~> energia ex: constroem uma nova glicose
2. I - às células vivas não produzem todos os compostos, somente alguns.
4. endergônicos são processos de síntese, enquanto os exergônicos são processos de quebra.
5. não serve exclusivamente a produção de energia
SUBSTRATOS PARA ENERGIA
Lipídios: fornecem mais energia
Álcool: médio
Proteínas e carboidratos: fornecem menos energia
Se a minha ingestão nutricional está acima do meu gasto, eu vou armazenar isso na forma de lipídios, ou seja, de
gordura. Isso gera um processo inflamatório, a obesidade.
As vias metabólicas são muitas, mas são todas integradas.
Metabolismo carboidratos. Fosforilação oxidativa. Ciclo de Krebs. Cadeia respiratória. 19.10.2021 Mª Eduarda D’Avila 106c
CARBOIDRATOS
Os carboidratos são as biomoléculas mais abundantes na natureza
Fórmula geral (CH2O)n origem do nome "carboidrato" ou "hidratos de carbono"
São moléculas que desempenham uma ampla variedade de funções, entre elas:
fonte de reserva energética, intermediários metabólicos (amido, glicogênio, ATP) e função estrutural:
nas biomoléculas de DNA e RNA (desoxirribose e ribose)
nas paredes celulares de bactérias e plantas (celulose)
nos exoesqueletos dos artrópodes (quitina) estão ligados à proteínas e lipídeos (glicocálix) Os termos
“carboidrato”, “glicídeos, “sacarídeos”, “oses”, “holosídeos” são sinônimos…
CONVERSÃO DE ENERGIA LUMINOSA EM ENERGIA QUÍMICA
❖ Os vegetais são auto-suficientes na produção de carboidratos.
❖ Os animais não são capazes de sintetizar carboidratos a partir de substratos simples não energéticos,
precisando obtê-los através da alimentação, produzindo CO2 (excretado para a atmosfera), água e energia
(utilizados nas reações intracelulares).
DEFINIÇÃO
1. Os carboidratos são definidos, quimicamente, como: poli-hidroxi-cetonas (cetoses) ou poli-hidroxi-aldeídos
(aldoses)
2. São compostos orgânicos com, pelo menos, três carbonos onde todos os carbonos possuem uma hidroxila,
com exceção de um, que possui a carbonila primária (grupamento aldeídico) ou a carbonila secundária
(grupamento cetônico).
CLASSIFICAÇÃO
Pelos números de carbonos:
prefixo número + ose
Metabolismo carboidratos. Fosforilação oxidativa. Ciclo de Krebs. Cadeia respiratória. 19.10.2021 Mª Eduarda D’Avila 106c
Estruturas:
Anômeros: ocorre na forma cíclica da glicose.
O carbono fica em duas posições, pode gerar a hidroxila alfa e a hidroxila beta.
Alfa: hidroxila projetada abaixo do plano do anel
Beta: hidroxila projetada acima do plano do anel
Pentoses: participam da constituição dos ácidos nucleicos, são: ribose e desoxirribose.
Hexoses: principais fontes de energia para os seres vivos, são: glicose, galactose e frutose.
LIGAÇÕES GLICOSÍDICAS
Ligação O-glicosídica: ligou um oxigênio
Ligação N-glicosídica: ligou um nitrogênio
DISSACARÍDEOS
Maltose: um dissacarídeo ligado por um ligação O-glicosídica alfa-1,4
açúcar redutor – carbono anomérico livre
glicose + glicose
Metabolismo carboidratos. Fosforilação oxidativa. Ciclo de Krebs. Cadeia respiratória. 19.10.2021 Mª Eduarda D’Avila 106c
Sacarose: um dissacarídeo ligado por um ligação O-glicosídica alfa-1,2
açúcar não redutor – sem carbono anomérico livre
glicose + frutose
Lactose: glicose + galactose
POLISSACARÍDEOS
Consistem de cadeias longas tendo centenas ou milhares de unidades de monossacarídeos. Alguns
polissacarídeos, tais como celulose ocorrem em cadeias lineares, enquanto outros, como glicogênio e amido
possuem cadeias ramificadas.
Os mais abundantes polissacarídeos são amido e celulose feitos pelas plantas, consistindo de unidades de
D-glicose, mas diferenciados pelo tipo de ligação glicosídica.
São insolúveis em água , isso é vantajoso porque eles são componentes estruturais e conseguem armazenar
melhor.
Essas macromoléculas podem ser desdobradas em monossacarídeos por hidrólise
Ligações glicosídicas determinam a estrutura do polissacarídeo
As ligações beta-1,4 favorecem cadeias retas, são ótimas para fins estruturais.
As ligações alfa-1,4 favorecem cadeias curvas, são mais adequadas para o propósito de estoque.
Glicogênio: cadeia ramificada, as ligações a-1,6-glicosídicas se formam a cada 8- 12 unidades de glicose, o que
faz do glicogênio uma molécula altamente ramificada. Estão no músculo liso e no fígado.
Metabolismo carboidratos. Fosforilação oxidativa. Ciclo de Krebs. Cadeia respiratória. 19.10.2021 Mª Eduarda D’Avila106c
Amido: constituído por uma mistura de dois polímeros de glicose: amilose – sem ramificações amilopectina -
molécula ramificada.
As ligações a-1,6-glicosídicas da amilopectina se formam a cada 24-30 unidades de glicose
Celulose: é linear, estrutura estabilizada por pontes de hidrogênio entre unidades adjacentes de glicose. É o
composto orgânico mais abundante da biosfera.
Quitina: está no exoesqueleto de artrópodes, é o polímero 1,4 de N-acetil-glicosamina.
Nós somos capazes de digerir amido e glicogênio, mas não celulose e quitina.
Maltase: digere maltase, convertendo-a em glicose + glicose
Amilase salivar/ptialina: digere o amido
Sacarase/invertase - digere sacarose, convertendo-a em glicose + frutose
Lactase - digere a lactose, convertendo-a em glicose + galactose
DERIVADOS DE MONOSSACARÍDEOS
Ácidos urônicos - sintetizados no fígado, é importante no processo de metabolização hepática. São formados
quando o grupo terminal CH2OH é oxidado. Nos hepatócitos, o ácido d-glicurônico e o ácido L-idurônico
combinam-se com moléculas de esteróides, certos fármacos e bilirrubina para aumentar a solubilidade em
água e facilitar o processo de remoção destes compostos do organismo. Também são abundantes no tecido
conjuntivo.
PAREDE CELULAR DE BACTÉRIAS
O componente rígido da parede celular de bactérias é um heteropolímero alternando unidades de
N-acetilglicosamina e ácido N-acetilmurâmico, por ligações (1-4).
Metabolismo carboidratos. Fosforilação oxidativa. Ciclo de Krebs. Cadeia respiratória. 19.10.2021 Mª Eduarda D’Avila 106c
Muitos polímeros lineares se posicionam lado a lado, em forma de rede, por pequenos peptídeos, na parede
celular de bactérias. Esta rede formada pelos peptideoglicanos (grandes cadeias de peptídeos) é hidrolisada
pela lisozima. A lisozima está presente nas lágrimas e protege o olho contra infecções bacterianas.
ABSORÇÃO DE CARBOIDRATOS
A absorção principal é feita no duodeno e no jejuno proximal.
TRANSPORTADORES DE GLICOSE - GLUTS
GLUT - 1: Km baixo determina afinidade, ou seja, significa que o GLUT 1 é muito “afim” de glicose porque o
seu Km é baixo.
**eritrócitos maduros ficam ausentes de mitocôndrias, ou seja, consome muita glicose porque não tem a
mitocôndria.
**Cérebro, a energia dos neurônios vem da glicose.
GLUT - 2: ele é um bom sensor da glicose, mesmo tendo afinidade baixa porque seu Km é alto.
GLUT - 4: os músculos esqueléticos e cardíacos colocam o GLUT4 na membrana e a glicose diminui. Ele é
dependente de insulina.
Metabolismo carboidratos. Fosforilação oxidativa. Ciclo de Krebs. Cadeia respiratória. 19.10.2021 Mª Eduarda D’Avila 106c
**Insulina é liberada quando o corpo está em hiperglicemia
METABOLISMO DA GLICOSE
A glicose é armazenada no fígado e no músculo e acontece a partir do glicogênio, nas plantas é através do
amido e sacarose. Ela é oxidada pela via glicolítica gerando o piruvato e pela via das pentoses fosfato gerando a
ribose-5-fosfato.
NUCLEOTÍDEOS
Quando a ATP é quebrada libera energia que é usada para fazer os processos anabólicos, fazer o trabalho
constante da célula, transportando íons, moléculas, gerar potencial de ação…
Se continuar quebrando forma ADP+Pi, se quebra mais uma vez forma AMP+Pi, o monofosfato de adenosina
que é importante para a regeneração tecidual, ele é um estimulador da via glicolítica, ou seja, da glicogenólise.
Se nos músculos aumentar a quantidade de AMP significa que precisa de mais glicose para a quebra
anaeróbica. Pode chegar ao caso de quebrar até chegar a ficar só a adenosina + Pi.
NAD: nicotinamida adenina dinucleotídeo
FAD: flavina adenina dinucleotídeo
AMPc: monofosfato de adenosina cíclico, é um sinalizador interno da célula necessário para a resposta de
hormônios, é um segundo mensageiro.
NAD+ e FAD+: está sem o elétron, ou seja, oxidado
NADH e FADH: estão com o elétron, ou seja, reduzido
TRIFOSFATO DE ADENOSINA
A ligação de um grupo fosfato é a fosforilação, ou seja, grupo fosfato ligado ao ADP formando ATP.
Quando o ATP é quebrado liberando grupo fosfato e ADP é uma reação chamada de hidrólise, que só acontece
na presença da água. Ela libera uma fonte de energia como calor.
Metabolismo carboidratos. Fosforilação oxidativa. Ciclo de Krebs. Cadeia respiratória. 19.10.2021 Mª Eduarda D’Avila 106c
METABOLISMO
VIAS METABÓLICAS
Linear Cíclica Convergente Divergente
Vias convergentes: geralmente são anabólicas
Vias divergentes: geralmente são catabólicas
Tipos de vias metabólicas:
RESPIRAÇÃO CELULAR
Conversão das ligações químicas de moléculas ricas em energia que poderão ser usadas nos processos vitais.
Pode ser anaeróbica que é sem O2 e fica no citosol, acontece quando há atividade física intensa, e aeróbica com
O2, vai para a mitocôndria. É o processo de obtenção de energia.
Metabolismo carboidratos. Fosforilação oxidativa. Ciclo de Krebs. Cadeia respiratória. 19.10.2021 Mª Eduarda D’Avila 106c
I. GLICÓLISE: acontece no citosol, é a quebra da glicose formando 2 piruvatos e gera 2 ATP e 2 NADH
O piruvato é mandado para mitocôndria e vai se converter a 2 acetil CoA e libera um NADH
II. CICLO DE KREBS: Os 2 acetil CoA rodam o ciclo do ácido cítrico, nele vão ser formados 3 NADH, 2 FADH
e 1 GTP.
III. CADEIA RESPIRATÓRIA/TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS: Nesse ponto também terá a presença
da ATP sintase. O O2 gera H2O.
Isso é feito para ter energia química, há quebra para formar ATP e NADH para que a energia proveniente
dessa moléculas possa construir outras. Que é o processo exergônico acoplado ao endergônico que se não tiver
energia acoplada não acontece.
Se houver oxigênio quando o piruvato se quebra, ele vai para dentro da mitocondria.
Na membrana interna da mitocôndria é que tem a cadeia transportadora de elétrons e a ATP sintase e as
proteínas desacopladoras termogênicas.
Do citosol para a matriz, é uma membrana quase impermeável. Na matriz acontece o ciclo de Krebs, acontece a
conversão de piruvato a acetil CoA primeiro.
GLICÓLISE
Quando a glicose entra na célula, ela é aprisionada pela hexocinase (1-3), a hexocinase 4 é chamada de
glicocinase e fica no fígado.
A glicose é fosforilada e segue a via glicolítica que tem como funções: formar glicose e piruvato, sintetizar ATP
com ou sem oxigênio, preparar a glicose para ser degradada totalmente em CO2 e H2O, permitir a degradação
parcial da glicose em anaerobiose, ou seja, transformar em ácido lático. E leva à formação de alguns
intermediários em diversos processos biossintéticos.
A frutose no fígado dá uma energia muito boa, mas tem uma via metabólica um pouco diferente.
Glicose:
Proveniente da dieta ou produção endógena é degradada pelo organismo com o principal propósito de liberar
energia. Também tem glicose proveniente da glicogenólise, que é o estoque que foi guardado no glicogênio.
A glicose entra na glicólise após o primeiro processo da fosforilação pela hexocinase ou glicocinase hepática, e
leva até a formação de 2 piruvatos e se não tiver oxigênio vira lactato. Glicólise anaeróbica: Se estiver em
hipóxia gera muito lactato, passa a ter um processo de acidose metabólica porque o lactato é muito ácido e vira
ácido láctico. Esse ácido sai da célula e vai ao sangue diminuir o Ph sanguíneo. É utilizada quando há
exercícios rigorosos sendo realizados e nos eritrócitos maduros.
Glicólise aeróbica: degradação na presença de O2 e o produto final o piruvato que é transportado para dentro
da mitocôndria para completar sua oxidação até CO2 e H2O, ativando o ciclo de Krebs e a cadeia respiratória.
Metabolismo carboidratos. Fosforilação oxidativa. Ciclo de Krebs. Cadeia respiratória. 19.10.2021 Mª Eduarda D’Avila 106c
Gliconeogênese: formação de glicose com base em outros organismos.
Fermentação lática: 𝑃𝑖𝑟𝑢𝑣𝑎𝑡𝑜 + 𝑁𝐴𝐷𝐻 + 𝐻 + ⇔ 𝐿(+) − 𝐿𝑎𝑐𝑡𝑎𝑡𝑜 + 𝑁𝐴𝐷 +
Fermentação alcoólica: Piruvato libera CO2 e com a piruvato descarboxilase forma acetaldeído.
E o acetaldeído libera NADH e NAD+ com a álcool desidrogenase forma etanol.
REGULAÇÃO HORMONALDA GLICÓLISE
Insulina: está na célula beta pancreática, nas ilhotas pancreáticas. É um hormônio peptídico. É estimulada pela
hiperglicemia, quanto mais glicêmico for o alimento, mais insulina é liberada. Ativa a glicocinase e mexe em
outras enzimas como fosfofrutocinase e piruvato cinase, a insulina “manda” o fígado usar glicose porque tem
bastante dela no organismo naquele momento. Inibe a glicogenólise e a gliconeogênese. Ativa a glicogênese e a
glicólise.
Glucagon: está na célula alfa pancreática. É estimulado pela hipoglicemia, ou seja, a pessoa está em jejum. Ele
“não deixa” o fígado usar glicose como substrato de energia, ele “manda” usar ácido graxo, ou seja, ATP a
partir de lipídio. Ativa a glicogenólise e a gliconeogênese. Inibe a glicogênese e a glicólise.
Esses hormônios são antagonicos.
INTEGRAÇÃO METABÓLICA
Os músculos não têm as enzimas necessárias para converter o lactato, ele cai na corrente sanguínea e vai ao
fígado, lá ele é capaz de ser convertido em glicose.
METABOLISMO MITOCONDRIAL
A glicólise termina com a formação de piruvatos, NADH e ATP. Esse piruvato vai ser transportado pela
proteína porque a membrana é quase impermeável, acontece a mesma coisa com o ácido graxo. Ao ser
transportado para dentro da matriz mitocondrial o piruvato é convertido em acetil CoA e com isso começa o
ciclo de Krebs.
No final o CO2 sai para corrente sanguínea e é trocado com o ambiente através do sistema pulmonar. Os
elétrons do NAD e do FAD são transportados também, ele é passado pela cadeia transportadora de elétrons e o
H+ é bombeado para fora e depois volta fazendo ATP, essa força motora que gera a força química.
O ATP sai à medida que o ADP entra, a mitocôndria fica fazendo isso. A razão ATP/ADP é o que gerencia a
atividade da mitocôndria. Se estiver alta é porque tem mais ATP do que deveria, então é diminuída a atividade,
se estiver mais ADP aumenta a atividade.
PIRUVATO DESIDROGENASE
Acontece na matriz mitocondrial.
Metabolismo carboidratos. Fosforilação oxidativa. Ciclo de Krebs. Cadeia respiratória. 19.10.2021 Mª Eduarda D’Avila 106c
CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO
*** o GTP é um nucleotídeo de energia
CADEIA TRANSPORTADORAS DE ELÉTRONS
Tem estruturas com ferro e enxofre, tem as estruturas citocromos.
O citocromo C está na membrana interna, se ele sair para o citosol significa que a membrana mitocondrial
externa está comprometida e a célula tem que morrer, ou seja, apoptose.
CQ10 é um transferidor de elétrons de um complexo para outro, transitando na membrana mitocondrial
interna.
A cadeia joga H+ da matriz de onde tem menos (ph 7,3) para o espaço intermembranoso onde tem mais (ph 8,0).
Cada vez que a ATP sintase age voltando um H+ a força motora é usada para converter ADP em ATP.
O oxigênio é o aceptor final porque se não há presença dele, a mitocôndria não será usada.
PROTEÍNAS DESACOPLADORAS
Geram calor.
Responsáveis pela taxa metabólica basal.
A proteína desacopladora-1 (UCP1) ou termogenina: exclusiva no tecido
adiposo marrom (TAM) e fornece calor corporal durante o estresse pelo
frio nos animais jovens e em alguns animais adultos (e pode ser induzida
pela exposição ao frio leve).
Genoma humano:
UCP2 (ubíqua) (obesidade ----↑UCP2----↓ célula β ---- ↓Insulina --- DM2). UCP3 (expressa principalmente no
músculo esquelético). UCP4 e a UCP5 são expressas no cérebro.