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Bioquímica Básica e Metabolismo
Unidade 3
BREVE REVISÃO 
https://www.youtube.com/watch?v=Jn0ripgFyLc 
Princípios da bioenergética
O metabolismo é uma atividade celular altamente coordenada, em que muitos sistemas multienzimáticos (vias metabólicas) cooperam para: 
(1) obter energia química capturando energia solar ou degradando nutrientes energeticamente ricos obtidos do meio ambiente;
 (2) converter as moléculas dos nutrientes em moléculas com características próprias de cada célula, incluindo precursores de macromoléculas;
 (3) polimerizar precursores monoméricos em macromoléculas (proteínas, ácidos nucleicos e polissacarídeos); e 
(4) sintetizar e degradar as biomoléculas necessárias para as funções celulares especializadas, como lipídios de membrana, mensageiros intracelulares e pigmentos.
Os autotróficos (como bactérias fotossintéticas, algas verdes e plantas vasculares) podem usar o dióxido de carbono da atmosfera como sua única fonte de carbono, a partir do qual formam todas as suas biomoléculas constituídas de carbono. 
Os heterotróficos não conseguem utilizar o dióxido de carbono atmosférico e devem obter carbono a partir do ambiente na forma de moléculas orgânicas relativamente complexas, como a glicose. Os animais multicelulares e a maioria dos microrganismos são heterotróficos. 
SERES AUTOTRÓFICOS, HETEROTRÓFICOS E VIAS METABÓLICAS
Vias metabólicas
Vias metabólicas
Termodinâmica e metabolismo
As vias metabólicas ocorrem em locais específicos das células
• Mitocôndria: ciclo do ácido cítrico, fosforilação oxidativa, oxidação de ácidos graxos, degradação de aminoácidos.
• Citosol: glicólise, via das pentoses-fosfato, biossíntese de ácidos graxos, gliconeogênese.
• Lisossomo: digestão enzimática.
• Núcleo: replicação e transcrição de DNA, processamento do RNA. 
• Aparelho de Golgi: processamento pós-traducional de proteínas de membranas e proteínas secretoras, formação da membrana plasmática e vesículas.
• RER: síntese de proteínas ligadas a membranas e proteínas secretoras 
• REL: biossíntese de lipídeos de esteroides .
• Peroxissomos (glioxissomos): reações de oxidação, catalisadas por aminoácido oxidases e catalase, reações do ciclo do glioxilato nas plantas.
Glicólise
A glicólise é uma das etapas da respiração celular, na qual ocorre a quebra da glicose em partes menores e consequente liberação de energia. Essa etapa metabólica acontece no citoplasma da célula enquanto as seguintes são dentro da mitocôndria.
O que é Glicólise?
Glicólise é um processo bioquímico em que a molécula de glicose (C6H12O6), proveniente da alimentação, é quebrada em duas moléculas menores de ácido pirúvico ou piruvato(C3H4O3), liberando energia. É a primeira etapa do processo de respiração celular que ocorre no hialoplasma celular.
A equação representa um resumo da glicólise, mas é importante saber que o processo é mais complexo e ocorre ao longo de dez reações químicas, das quais participam diversas substâncias e enzimas livres no citoplasma.
Na glicólise, a molécula da glicose é quebrada em dois piruvatos e são produzidos dois ATP
Dependendo do organismo e do tipo de célula, a respiração celular pode acontecer na presença do oxigênio (aeróbicos) ou completa ausência (anaeróbicos) e assim a glicólise produzirá substâncias diferentes.
Na respiração aeróbica é originado o piruvato que entra no ciclo de Krebs, enquanto na respiração anaeróbica, a glicose origina o lactato ou o etanol que participam, respectivamente, da fermentação lática ou alcoólica.
Bioquímica da Glicólise
A glicose é quebrada ao longo de dez reações químicas que geram duas moléculas de ATP como saldo. Apesar de ser pouca a energia produzida nesse etapa, há substâncias geradas que serão importantes nas etapas seguintes da respiração.
Inicialmente a molécula de glicose precisa ser ativada, para isso são gastas duas moléculas de ATP e a glicose recebe fosfatos (provenientes do ATP) formando glicose 6-fosfato. Em seguida esse composto sofre mudanças na sua estrutura, originando frutose 6-fosfato e frutose 1,6 bifosfato.
Com essas alterações as substâncias são mais facilmente quebradas em moléculas menores. Depois acontece nova fosforilação (entrada de fosfato na molécula) e desidrogenação (hidrogênios são retirados) das substâncias produzidas, com a participação da molécula NAD (nicotinamida adenina).
Os hidrogênios doam elétrons para a cadeia respiratória, a molécula de NAD (nicotinamida adenina) é a responsável por transportá-los, na forma de NADH, sendo uma aceptora de elétrons.
Por fim, novo rearranjo acontece nas moléculas até a formação de piruvato que seguirá para as etapas seguintes da respiração celular.
GLICONEOGÊNESE 
Ciclo do ácido cítrico 
O Ciclo de Krebs, ou também conhecido como ciclo do ácido cítrico por ser a primeira substância a ser formada durante o ciclo, é uma das etapas do processo da respiração celular dos organismos aeróbios, ocorrendo no interior das mitocôndrias das células eucariontes.
Tem como finalidade produzir energia suficiente para as atividades desenvolvidas pela célula.
Esse ciclo composto por oito reações controladas enzimaticamente, tem seu início a partir da degradação por oxidação, uma reação do ácido oxalacético com a acetil-coenzima-A, substância originada na glicólise em conseqüência da ação catabólica da enzima desidrogenase sobre o piruvato (molécula altamente energética), produzindo duas moléculas de CO2.
O produto dessa oxidação origina uma molécula de citrato, mediador de um composto com cinco carbonos (cetoglutarato), que durante o percurso desse ciclo é quebrado liberando prótons receptados pelo NAD (aceptor intermediário de hidrogênios).
A degradação contínua e o cetoglutarato formam o alfa-cetoglutarato, molécula menos energética contendo quatro carbonos. No entanto, ainda quebrada, libera mais H+, recolhidos nesse momento pela molécula de FAD, finalizando o processo com a restituição do ácido oxalacético, enzima iniciadora do ciclo.
Além do dióxido de carbono são produzidos íons H+, conforme mencionado são absorvidos pelo NAD e FAD (NADH e FADH2), destinados às cristas mitocondriais, onde ocorre a cadeia respiratória e produção de ATP.
O CICLO DO GLIOXILATO
O ciclo do glioxilato, também conhecido como ciclo de Toledo, é uma via alternativa de metabolismo de acetil-CoA, encontrada nos vegetais e em algumas bactérias, que permite a síntese de glicose e a produção de intermediários do ciclo de Krebs a partir de acetil-CoA. Por isso mesmo essa via conta com a presença de enzimas do ciclo de Krebs (citrato-sintase e aconitase) além de duas enzimas ausentes nessa via (isocitrato liase e a malato sintase).
METABOLISMO DE ÁCIDOS GRAXOS E TRIGLICERÍDEOS
A oxidação dos ácidos graxos de cadeia longa a acetil-CoA é uma via central de geração de energia em muitos organismos e tecidos. No coração e no fígado de mamíferos, por exemplo, ela fornece até 80% das necessidades energéticas em todas as circunstâncias fisiológicas. Os elétrons retirados dos ácidos graxos durante a oxidação passam pela cadeia respiratória, levando à síntese de ATP; a acetil-CoA produzida a partir dos ácidos graxos pode ser completamente oxidada a CO2 no ciclo do ácido cítrico, resultando em mais conservação de energia.
A oxidação completa dos ácidos graxos a CO2 e H2O ocorre em três etapas: a oxidação dos ácidos graxos de cadeia longa a fragmentos de dois carbonos, na forma de acetil-CoA (b-oxidação); a oxidação de acetil-CoA a CO2 no ciclo do ácido cítrico; e a transferência de elétrons dos transportadores de elétrons reduzidos à cadeia respiratória mitocondrial.
DIGESTÃO, MOBILIZAÇÃO E TRANSPORTE DE GORDURAS
As células podem obter combustíveis de ácidos graxos de três fontes: gorduras consumidas na dieta, gorduras armazenadas nas células como gotículas de lipídios e gorduras sintetizadas em um órgão para exportação a outro.
Os triacilgliceróis fornecem mais da metade das necessidades energéticas de alguns órgãos, particularmenteo fígado, o coração e a musculatura esquelética em repouso. 
As apolipoproteínas são proteínas de ligação a lipídios no sangue, responsáveis pelo transporte de triacilgliceróis, fosfolipídios, colesterol e ésteres de colesterol entre os órgãos.
Quando hormônios sinalizam a necessidade de energia metabólica, os triacilgliceróis armazenados no tecido adiposo são mobilizados (retirados do armazenamento) e transportados aos tecidos (musculatura esquelética, coração e córtex renal) nos quais os ácidos graxos podem ser oxidados para a produção de energia.
Oxidação dos ácidos graxos
Etapas da oxidação de ácidos graxos:
Etapa 1 - Um ácido graxo de cadeia longa é oxidado para produzir resíduos de acetil na forma de acetil-CoA. Esse processo é chamado de b-oxidação. 
Etapa 2 - Os grupos acetil são oxidados a CO2 no ciclo do ácido cítrico. 
Etapa 3 - Os elétrons derivados das oxidações das etapas 1 e 2 passam ao O2 por meio da cadeia respiratória mitocondrial, fornecendo a energia para a síntese de ATP por fosforilação oxidativa.
Conforme observado anteriormente, a oxidação mitocondrial dos ácidos graxos ocorre em três etapas. Na primeira etapa – b-oxidação –, os ácidos graxos sofrem remoção oxidativa de sucessivas unidades de dois carbonos na forma de acetil-CoA, começando pela extremidade carboxílica da cadeia acil-graxo.A formação de cada acetil-CoA requer a remoção de quatro átomos de hidrogênio (dois pares de elétrons e quatro H1) da porção acil-graxo pelas desidrogenases. 
Na segunda etapa da oxidação de ácidos graxos, os grupos acetil da acetil-CoA são oxidados a CO2 no ciclo do ácido cítrico, que também ocorre na matriz mitocondrial. A acetil-CoA derivada dos ácidos graxos então entra em uma via de oxidação final comum com a acetil-CoA derivada da glicose precedente da glicólise e da oxidação do piruvato. As duas primeiras etapas da oxidação dos ácidos graxos produzem os transportadores de elétrons reduzidos NADH e FADH2, que na terceira etapa doam elétrons para a cadeia respiratória mitocondrial, por meio da qual os elétrons passam para o oxigênio com a fosforilação concomitante de ADP a ATP. A energia liberada pela oxidação dos ácidos graxos é, portanto, conservada como ATP.
O que são corpos cetônicos? Onde são produzidos?
Em humanos, e na maior parte de outros mamíferos, o acetil-CoA formado no fígado durante a oxidação dos ácidos graxos pode entrar no ciclo do ácido cítrico ou sofrer conversão a “corpos cetônicos”,acetona, acetoacetato e D-b-hidroxibutirato, para exportação a outros tecidos.
Casos como jejum prolongado, ou diabetes melito não-tratado, resultam em uma superprodução de corpos cetônicos, à qual se associam sérios problemas médicos. Durante o jejum, a gliconeogênese retira a maior parte dos intermediários do ciclo de Krebs, redirecionando o acetil-CoA para a produção de corpos cetônicos. No diabetes não-tratado, a insulina está presente em ínfimas quantidades, e os tecidos extra-hepáticos não conseguem captar a glicose da corrente sangüínea de forma eficiente. Para aumentar o nível de glicose no sangue, a gliconeogênese hepática é acelerada, o que também ocorre com a oxidação dos ácidos graxos no fígado e na musculatura, gerando uma produção de corpos cetônicos acima da capacidade de sua oxidação pelos tecidos extra-hepáticos.
O aumento nos níveis sangüíneos do acetoacetato e D-β-hidroxibutirato diminuem o pH sangüíneo, resultando em uma acidose, condição que pode provocar o coma, em casos extremos, e até evoluir para a morte. Os corpos cetônicos no sangue e na urina de indivíduos diabéticos não-tratados podem atingir níveis muito altos, condição denominada cetose.
METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS
Para Nelson e Cox (2014, p. 695), nos animais, os aminoácidos sofrem degradação oxidativa em três circunstâncias metabólicas diferentes:
Durante a síntese e a degradação normais de proteínas celulares, alguns aminoácidos liberados pela hidrólise de proteínas não são necessários para a biossíntese de novas proteínas, sofrendo degradação oxidativa.
Quando uma dieta é rica em proteínas e os aminoácidos ingeridos excedem as necessidades do organismo para a síntese proteica, o excesso é catabolizado; aminoácidos não podem ser armazenados.
Durante o jejum ou no diabetes melitus não controlado, quando os carboidratos estão indisponíveis ou são utilizados de modo inadequado, as proteínas celulares são utilizadas como combustível.
Em todas essas condições metabólicas, os aminoácidos perdem seu grupo amino para formar a-cetoácidos, os “esqueletos de carbono” dos aminoácidos. Os a-cetoácidos sofrem oxidação a CO2 e H2O ou, geralmente mais importante, fornecem unidades de três e quatro carbonos que podem ser convertidas, pela gliconeogênese, em glicose, o combustível para o cérebro, para o músculo esquelético e para outros tecidos (RODWEL; MURRAY; GRANNER, 2017).
Visão geral da degradação de Aminoácidos
Visão geral da degradação de Aminoácidos
O destino do a-NH3+ de Aminoácidos
Esses aminoácidos, em especial, são aqueles mais facilmente convertidos em intermediários do ciclo do ácido cítrico: glutamato e glutamina que são convertidos em a-cetoglutarato; alanina em piruvato; e aspartato em oxaloacetato. Glutamato e glutamina são especialmente importantes, atuando como uma espécie de ponto de encontro para os grupos amino.
Aminotransferases ou transaminases
Catalisam a transferência do α-NH3+ dos aminoácidos para o α-cetoglutarato gerando Glutamato -> carreador de -NH3+ para excreção ou reações biossintéticas.
Reação geral de Transaminação
Ala, Gln e Glu: Carreadores de -NH 3 +
O papel de Ala, Gln e Glu
O destino final do NH3 em ureotélicos: Excreção na forma de ureia
Animais terrestres necessitam de vias metabólicas para a excreção de N e diminuição da toxicidade da NH3 e diminuição da perda de água 
Plantas reciclam essencialmente todos os grupos NH3 e a excreção de N ocorrem em condições específicas
Nos animais ureotélicos a NH3 atinge a mitocôndria dos hepatócitos será convertida em UREIA 
Ciclo da UREIA ou ciclo Krebs-Henseleit (1932; 1° ciclo metabólico a ser descrito!!) 
No ciclo da UREIA um dos átomos de N é derivado do Asp, o outro é derivado do próprio NH4+ livre. 
O átomo de C vem do bicarbonato (HCO3-) oriundo do metabolismo oxidativo. 
A UREIA, que tem alta solubilidade (~10-11 mol/L), atinge a circulação e chega aos rins onde é excretada na urina
Etapas do Ciclo da Ureia
Consiste em cinco reações, duas no interior da mitocôndria e três no citosol.
Cada etapa é catalisada por uma enzima. Assim, há cinco enzimas envolvidas no ciclo da uréia: carbamil-fosfato sintetase, ornitina-transcarbamilase, arginino-succinato sintetase, arginino-succinato liase e arginase.
De modo resumido, o ciclo ocorre da seguinte forma:
1. A enzima carbamil-fosfato sintetase, presente na mitocôndria, catalisa a condensação da amônia com bicarbonato e forma carbamoilfosfato. Para essa reação há o consumo de duas moléculas de ATP.
2. A condensação da ornitina, presente na mitocôndria, e do carbamoilfosfato gera citrulina, sob ação da enzima ornitina-transcarbamilase. A citrulina é transportada para o citosol e reage com aspartato gerando argininosuccinato e fumarato.
3. A enzima arginino-succinato sintetase, presente no citosol, catalisa a condensação da citrulina e do aspartato, com consumo de ATP, e forma argininossuccinato.
4. A enzima arginino-succinato liase catalisa a transformação do argininossuccinato em arginina e fumarato.
5. Por fim, a enzima arginase catalisa a quebra da arginina, originando ureia e ornitina. A ornitina volta para a mitocôndria e reinicia o ciclo.
Degradação da cadeia carbônica dos aminoácidos
Rende 10-15% da energia extraída pelo organismo 
Removido o grupo NH 3, resta o esqueleto carbônico do aminoácido na forma de α - cetoácido. 
As 20 cadeias carbônicas são oxidadas por vias próprias, porém convergem para 6 componentes do metabolismo: piruvato, acetil CoA, oxaloacetato, fumarato, α - cetoglutarato e succinato(4 últimos são intermediários do ciclo de Krebs). 
A partir desse ponto o metabolismo da cadeia carbônica dos aminoácidos confunde-se com o dos carboidratos ou ácidos graxos. 
Um mesmo aminoácido pode contribuir para diferentes componentes do metabolismo. 
O destino final do α-cetoácido depende do tecido e do estado fisiológico podendo ser: 
- Oxidado pelo ciclo de Krebs 
- Utilizado na Gliconeogênese 
- Conversão em triacilglicerol
METABOLISMO DE NUCLEOTÍDEOS
Os nucleotídeos apresentam uma variedade de importantes funções em todas as células. Eles são precursores do DNA e do RNA; são carreadores essenciais de energia química – papel desempenhado basicamente pelo ATP e, em parte, pelo GTP; são componentes dos cofatores NAD, FAD, coenzima A, assim como de intermediários biossintéticos ativados, como UDP-glicose (precursor do glicogênio) e CDP-diacilglicerol (enzima catalisadora); e alguns deles, como o cAMP e o cGMP, são também segundos mensageiros celulares.
Dois tipos de vias levam aos nucleotídeos: as vias de novo e as vias de salvação.
A síntese de novo dos nucleotídeos inicia com seus precursores metabólicos: aminoácidos, ribose-5-fosfato, CO2 e NH3. 
As vias de salvação reciclam as bases livres e os nucleosídeos liberados a partir da degradação de ácidos nucleicos. Ambos os tipos de vias são importantes no metabolismo celular.
As pirimidinas são representadas pelas bases nitrogenadas Citosina, Timina e Uracila, enquanto as purinas são representadas pela Adenina e Guanina. 
Vias de novo
Síntese “de novo” -> significa um composto sintetizado do zero.
Precisa construir a base nitrogenada e depois ligar os outros componentes que vão compor os nucleotídeos.
Precursores: aminoácidos, ribose-5-fosfato (doa açúcar e um grupo fosfato), CO2 e NH3.
Via de salvação
Forma de recuperar uma base e os nucleotídeos que seriam colocados em rota de degradação. Só se adiciona o grupo fosfato, base nitrogenada já está pronta.
A adenina livre reage com o PRPP para produzir o AMP. O mesmo ocorre com a guanina.
Degradação das purinas e pirimidinas
Há formação de ácido úrico e uréia, respectivamente.
Gota é uma doença das articulações provocada por uma elevada concentração de ácido úrico no sangue e nos tecidos. Alopurinol: inibidor da xantina oxidase.
Agentes quimioterápicos que atuam em enzimas das vias biossintéticas de nucleotídeos: azasserina e acivicina (análogos da glutamina), fluoruracil (inibe timidilato sintase), metotrexato e aminopterina (inibe a diidrofolato redutase).