Bioenergética, glicólise, ciclo de Krebs (do ácido cítrico), fosforilação oxidativa. Mitocôndrias na termogênese e apoptose.

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Bioenergética e metabolismo
● estudo quantitativo das transduções de energia que
ocorrem em células vivas, isto é, mudança de uma
forma de energia a outra e a natureza e a função
dos processos químicos envolvidos nessas
transduções
● 1ª lei da Termodinâmica: conservação da energia
● 2ª lei da Termodinâmica: a entropia do universo
aumenta durante todos os processos químicos e
físicos, embora o aumento da entropia não ocorra
necessariamente no próprio sistema reagente.
● Entalpia (Organização) x Entropia (Caos)
● Negentropia (Contrário do caos)
● Trabalho biológico: ser humano está sujeito às
mesmas leis químicas e físicas que regem o
universo
Glicólise
● fluxo de glicose pela via glicolítica é regulado para manter os níveis de ATP praticamente
constantes
○ ajuste necessário na velocidade da glicólise é alcançado pela interação complexa
entre o consumo de ATP, a regeneração de NADH e a regulação alostérica de algumas
enzimas glicolíticas - incluindo a hexocinase, a PFK-1 e a piruvato-cinase - e as
flutuações segundo a segundo das concentrações dos metabólitos-chave que
refletem o equilíbrio celular entre a produção e o consumo de ATP.
○ em uma escala de tempo um pouco maior: glicólise é regulada pelos hormônios
glucagon, adrenalina e insulina e por variações na expressão de genes de várias
enzimas glicolíticas
○ glicólise aeróbica em tumores: tumores de praticamente todos os tipos possuem
velocidade da glicólise muito maior que a de tecidos normais, mesmo quando
oxigênio está disponível → efeito Warburg → base de vários métodos de detecção e
tratamento do câncer
● indivíduos com diabetes melito tipo 1 (diabetes dependente de insulina) têm
pouquíssimas células /J e são incapazes de liberar insulina suficiente para desencadear a
captação de glicose pelas células do músculo esquelético, do coração ou do tecido
adiposo
○ hiperglicemia → Incapazes de captar glicose, o músculo e o tecido adiposo utilizam
os ácidos graxos armazenados nos triacilgliceróis como seu principal combustível.
No fígado, a acetil-CoA derivada da degradação desses ácidos graxos é convertida
nos "corpos cetônicos" - acetoacetato e /J-hidroxibutirato -, (cruciais para o encéfalo,
que utiliza os corpos cetônicos como combustível alternativo quando a glicose não
estiver disponível) que são exportados e levados a outros tecidos para serem
utilizados como combustível → superprodução de acetoacetato e /J-hidroxibutirato
→ seu acúmulo no sangue → redução do pH sanguíneo → cetoacidose,
(potencialmente letal)
● intolerância à lactose: devida ao desaparecimento, após a infância, da maior parte ou de
toda atividade lactásica das células epiteliais intestinais → a lactose não pode ser
completamente digerida e absorvida no intestino delgado, passando para o intestino
grosso, onde bactérias a convertem em produtos tóxicos que causam cãibras abdominais
e diarreia → lactose não digerida e seus metabólitos aumentam a osmolaridade do
conteúdo intestinal, favorecendo a retenção de água no intestino
Gliconeogênese
● método para sintetizar glicose a partir de precursores que não são carboidratos
● converte em glicose o lactato, o piruvato e o glicerol, assim como certos aminoácidos,
com três e quatro carbonos.
● ocorre principalmente no fígado, e em menor extensão no córtex renal e nas células
epiteliais que revestem internamente o intestino delgado
Ciclo de Krebs
● Mitocôndrias possibilitaram usar o NADH
● na matriz mitocondrial: piruvato → acetil-CoA + 𝐶𝑂
2
○ oxidado por: complexo da piruvato-desidrogenase (PDH)
● acetil-CoA entra na mitocôndria → pode ser oxidado pelo ciclo
do ácido cítrico para gerar energia, ou pode ser utilizado como
precursor para a síntese de ácidos graxos e esteróis ou
piruvato pode ser utilizado como precursor para a síntese de
aminoácidos
● também: na glicólise anaeróbica o piruvato pode
simplesmente ser reduzido a lactato no citosol, regenerando o
NAD+ para possibilitar a continuada produção de ATP pela
glicólise
● para iniciar uma rodada do ciclo: acetil-CoA doa seu grupo
acetila ao composto oxalacetato (4C), formando o citrato
(6C).
● citrato → isocitrato → a-cetoglutarato (oxoglutarato, 5C) + 𝐶𝑂
2
→ succinato + → oxalacetato (pronto pra reagir com𝐶𝑂
2
outro acetil-CoA)
Fosforilação oxidativa
● ápice do metabolismo produtor de energia (catabolismo)
● NADH: 2,5 ATP
● FAD : 1,5 ATP𝐻
2
● teoria quimiosmótica: a medida que o elétrons atravessam
as proteínas, são liberados no meio externo; ddp e𝐻+
diferença de potencial químico
○ espaço intramembrana: + e ácido
○ matriz: - e alcalino
○ potencial eletroquímico → energia para a síntese de ATP (enzima ATP-sintase)
● cadeia respiratória mitocondrial
○ desidrogenases: catalisam as reações de oxidação
○ moléculas carreadoras de elétrons: NAD, flavoproteínas,
ubiquinona, citocromos e proteínas ferro-enxofre
○ Coenzima Q (ubiquinona): caráter hidrofóbico
○ recebe elétrons e é reduzida (recebe H)
○ semi reduzida e totalmente reduzida (ubiquinol)
○ não deixa escapar elétrons e gerar espécies reativas de
oxigênio
○ Complexo 1: NADH a Ubiquina
○ Complexo lI: succinato a ubiquinona
○ mutações puntuais em subunidades do complexo II próximas ao heme b ou ao sítio de
ligação da ubiquinona → paraganglioma hereditário (tumores benignos na cabeça e no
pescoço) → maior produção das ERO
○ Complexo IlI: ubiquinona a citocromo c
○ Complexo IV: citocromo c para 𝑂
2
○ força próton-motriz
○ Espécies reativas de oxigênio são geradas durante a fosforilação oxidativa
○ Espécies reativas de oxigênio podem provocar sérios danos, reagindo com enzimas,
lipídeos de membranas e ácidos nucleicos e os danificando
○ formação de ERO é favorecida:
○ (1) mitocôndrias não estão produzindo ATP
(por falta de ADP ou de )𝑂
2
→ têm grande força próton-motriz e elevada
razão QH/ Q
○ (2) há uma alta razão NADH/NAD+ na
matriz.
○ (1) e (2): mitocôndria está sob estresse
oxidativo (há mais elétrons disponíveis para entrar na cadeia respiratória do que
aquele número que pode imediatamente ser passado para o oxigênio)
○ baixos níveis de ERO: pode ser entendido pela célula como um sinal que reflete o
suprimento insuficiente de oxigênio (hipoxia), desencadeando ajustes metabólicos
○ para impedir o dano oxidativo: enzima superóxido-dismutase catalisa
○ glutationa-redutase recicla a glutationa oxidada para sua forma reduzida
○ glutationa: essencial para erradicação do EROS → superóxidos → peróxido de
hidrogênio → água
○ Modelo quimiosmótico
○ é o gradiente de prótons que faz a enzima liberar o ATP formado em sua superfície.
○ mecanismo de catálise rotacional: os três sítios ativos de
F1 se revezam catalisando a síntese de ATP
○ As mudanças conformacionais importantes nesse
mecanismo são desencadeadas pela passagem de
prótons pela porção F0 da ATP-sintase
○ uma rotação completa da subunidade y faz cada
subunidade passar por suas três conformaçõesβ
possíveis e, para cada rotação, três ATP são sintetizados e
liberados da superfície da enzima
Mitocôndrias na termogênese e na apoptose
● tecido adiposo marrom (em bebês): oxidação de combustível serve para gerar calor para
manter o recém-nascido aquecido
○ é marrom devido à presença de um grande número de mitocôndrias
● mitocôndrias dos adipócitos marrons: proteína singular na membrana interna: proteína
desacopladora 1 (UCP1)
○ fornece uma via para os prótons retornarem à matriz sem passarem pelo complexo
F0F1 → energia de oxidação não é conservada pela formação de ATP, mas
dissipada como calor
● mitocôndrias desempenham um papel fundamental em
desencadear a apoptose
1. estressor fornece o sinal para a morte da célula →
aumento na permeabilidade da membrana
mitocondrial externa, permitindo que o citocromo c
escape do espaço intermembrana para o citosol
2. citocromo c liberado no citosol interage com
monômeros da proteína protease fator 1 de ativação
de apoptose (Apaf-1)
3. causa a formação de um apoptossomo composto
por7 moléculas de Apaf-1 e 7 moléculas de
citocromo c.
4. apoptossomo proporciona a plataforma sobre a qual a pró-enzima procaspase 9 é
ativada a caspase 9, membro de uma família de proteases altamente específicas, as
caspases, envolvidas na apoptose
○ todas apresentam um resíduo Cys crucial em seus sítios ativos e todas clivam
proteínas apenas no lado carboxiterminal dos resíduos de Asp, por isso o nome
“caspases”
5. caspase 9 ativada inicia uma cascata de ativações proteolíticas, com uma caspase
ativando uma segunda, que, por sua vez, ativa uma terceira, e assim por diante
● apoptose pode ser desencadeada por estresse oxidativo causado pelas espécies reativas
de oxigênio