Resumo - Bioenergética - Bioquímica Médica

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Bioenergética
Camilla Ribeiro de Oliveira
Tópicos da Bioenergética
O ATP é a energia mais aproveitada, a molécula de troca do nosso organismo. O organismo não gasta energia sem necessidade, pelo contrário, ele é poupador, tenta guardar toda a energia possível. 
O organismo é organizado e para manter essa ordem é necessário o gasto de energia. O nosso sistema tente a um aumento de entropia, ou seja, a um aumento de desorganização, já que, assim, ele gastará menos energia. O nosso corpo é poupador, então, ele busca sempre guardar ou poupar energia. O nosso organismo precisa ter uma baixa desordem, uma baixa entropia, então, ele gasta energia para se manter organizado.
A nossa energia precisa ser mantida constante. Variações energéticas no organismo pode levar a morte. 
Durante as transduções metabólicas, a entropia aumenta à medida que diminui a energia potencial (Ep) das moléculas nutrientes complexas. Assim, quanto maior a quebra de moléculas, quanto mais moléculas pequenas, maior será a desorganização e maior será a entropia. 
A Primeira reação da via glicolítica é realizada pela enzima hexoquinase: Glicose Glicose-6-fosfato. Essa reação gasta energia, pois necessita de um fosfato para ocorrer, e é possível por causa da enzima hexoquinase e por causa de alguma molécula que foi quebrada para produzir o ATP. Essa reação, portanto, não é espontânea. 
Primeira lei da termodinâmica:
Não existe energia mensurável absoluta, mas sim uma diferença de energia entre o estado inicial e final de um processo químico. Sendo assim, mede-se somente a energia de variação, não tendo a mensuração de energia inicial e final. Isso é a variação de entalpia.
Segunda lei da termodinâmica:
A todo processo físico ou químico está associado uma perda de energia. É a da entropia de um processo, variação da desordem entre os estados final e inicial do sistema. 
Então, verá a energia inicial e final e a sua variação. Também observará a desordem inicial e final dos processos. 
Energia Livre de Gibbs é o mais importante, o ΔG. Visualizará se a reação é espontânea ou não. A reação será espontânea quando o ΔG for negativo, isso significa que ocorrerá liberação de energia na forma de ATP, NAD, NADH, coenzimas, mas principalmente ATP. Quando o ΔG for zero, a reação está em equilíbrio, tanto para a direita quanto para a esquerda. A reação não espontânea tem um ΔG positivo, sendo necessária utilização de energia para a sua ocorrência. Assim, na reação não espontânea, precisará gastar ATP, NADH ou alguma molécula para poder ocorrer.
O importante é saber se está gastando ou liberando energia. Quando libera energia, o ΔG é negativo e a reação é espontânea; quando ganha energia, o ΔG é positivo e a reação é não espontânea.
 
Transportadores de elétrons
O ATP é muito importante, é a molécula de troca no organismo humano. Contudo, existem outros transportadores de elétrons no nosso organismo que possuem energia e no final de um processo formarão ATP. Eles são o NAD, o FAD e o NADP.
O NAD assim está na sua forma oxidada, então, não está comportando elétrons. Ao receber dois elétrons e dois H+, ele formará NADH + H+. Este NADH é um transportador de elétrons que possui muita energia e terá finalidade na cadeia respiratória, será o composto que produzirá ATP na cadeia respiratória. 
O NADP está na sua forma oxidada e como NADPH está na sua forma reduzida. Na sua forma reduzida estará transportando elétrons que é uma forma de energia. Ademais, o NADPH não vai para a cadeia respiratória, mas será fornecedor de elétrons para outras reações importantes como a redução de radicais livres. Então, ele também é uma forma de transporte de energia no nosso organismo.
O FAD também é um transportador de energia. Como FAD, ele está na sua forma oxidada; quando ele ganha elétrons e prótons, ele se torna FADH2, forma reduzida, e também transporta elétrons para a cadeia respiratória. 
Sendo assim, o NAD e o FAD vão para a cadeia respiratória. 
O ATP e as moléculas como NAD, as coenzimas e outras moléculas energéticas serão usadas para tudo o que o organismo necessita: digestão, circulação, contração muscular, contração nervosa, bomba de sódio e potássio e outros. O organismo utiliza energia para tudo no organismo para que possa manter a sua entropia baixa.
O ATP pode ser formado de duas maneiras no organismo:
– por fosforilação oxidativa: ocorre na cadeia respiratória e é feita pelo NAD e o FAD. Elétrons e prótons são coletados do metabolismo, são formados NADs e FADs que irão para a cadeia respiratória, serão reoxidados, deixando os elétrons e prótons para formação de ATP, e, depois, voltarão para o metabolismo. Esses elétrons e prótons que caem na minha cadeia respiratória formam os ATPs.
Cada NAD forma 2,5 ATPs. Cada FAD forma 1,5 ATP.
Portanto, a principal forma de formação de ATP é pela cadeia respiratória.
Ao parar a respiração, ocorre a interrupção da cadeia respiratória também e, por isso, a pessoa morre. Não para somente a respiração mecânica, para também o aceptor final de elétrons na cadeia respiratória que é o oxigênio. Sem oxigênio, não forma ATP e sem ATP, todas as funções celulares param, levando à morte.
Na boate Kiss teve a interrupção do transporte de oxigênio para as células pelo CO e cianeto.
– por fosforilação a nível de substrato: ocorre quando há um substrato muito energético, ou seja, que apresenta fosfato, e ele é quebrado. Entra na reação uma ADP (adenosina difosfato) e aquele substrato consegue liberar tanta energia que um fosfato vai para o ADP formando ATP. Tem-se, então, a fosforilação a nível de substrato do ADP formando ATP. Consequentemente, ocorre a formação de um substrato menos energético. Não foi para a cadeia respiratória, mas sim teve um substrato que possuía tanta energia que conseguiu liberar um fosfato e fosforilar o ADP.
Reações metabólicas
Necessita-se de energia para a realização de todos os nossos metabolismos. Então, o catabolismo ajuda o anabolismo. 
Catabolismo é a quebra de moléculas em moléculas menores e menos energéticas. Essas reações são exergônicas, oxidativas e liberam energia. O ΔG delas é negativo, então são espontâneas. O catabolismo libera energia para poder acontecer o anabolismo.
Anabolismo é a síntese de moléculas orgânicas. São reações endergônicas, redutoras e são para biossíntese. O ΔG é positivo. Precisa ganhar energia para poder sintetizar substâncias.
O etanol pode levar à morte porque pode alterar todo o equilíbrio do NADH. 
A energia não pode ser liberada de uma só vez porque explodiria a célula, por isso existem quatro complexos na cadeia respiratória para ir liberando a energia de maneira lenta, por meio de um fluxo de prótons. 
Moléculas e nutrientes liberadores de energia são quebrados e formando produtos pobres em energia e a energia liberada formará ATP, NADH, NADPH, FADH e outras.
Aminoácidos, açucares, ácidos graxos, bases nitrogenadas são quebrados produzindo NAD, NADPH, FAD e vão dar energia para produzir proteínas, polissacarídeos, heteropolissacarídeos, glicosaminoglicanos, ureia e outros.
O transporte de energia de uma molécula para outra ocorre por meio de elétrons e prótons (hidrogênio e prótons) e na forma de fosfato. 
NAD e NADH é oxidação e redução, portanto, transporte de elétrons. Ademais, também tem a energia transportada pelo fosfato.
Regulação metabólica
Ativação e a inibição de enzimas: Para coordenar essa energia, esse metabolismo, existe a ativação e a inibição de enzimas. Então, o nosso organismo é regulado para gastar a menor energia necessária e utilizá-la da melhor maneira possível.
O primeiro regulador das vias metabólicas são as enzimas alostéricas. Enzima alostérica é a primeira e mais rápida regulação dentro de uma via metabólica. É uma enzima que possui um sítio ativo e um sítio regulatório. No sítio ativo liga-se o substrato e ele sai como produto. Contudo, quando tem uma grande quantidade de produto, ocorre a inativação da enzima por meio de um efetor alostérico. Este efetor alostérico liga-se à enzimae promove uma modificação do sítio ativo da enzima, inativando a enzima. 
O ATP pode ser um exemplo de efetor alostérico para a hexoquinase. Quando já tem muita energia e não precisa produzir mais, o ATP se liga ao sítio regulatório e promove a modificação do sítio ativo da enzima, inativando, assim, a enzima. Porém, com a falta de energia e diminuição de ATP, o ADP se liga no sítio regulatório e ativa a enzima. Assim, a enzima faz a glicose ser fosforilada e produz glicose-6-fosfato. Ocorre, assim, a regulação alostérica de uma via metabólica. Existe um inibidor ou ativador para o sítio de regulação da enzima alostérica. 
As reações no nosso organismo têm as suas velocidades diminuídas ou aumentadas, raramente estas reações param por completo. Essa velocidade de reação é controlada primeiramente pelas enzimas alostéricas.
Fosfofrutoquinase é a principal enzima reguladora da velocidade da via glicolítica.
 Em regulação de via glicolítica, glicólise e neoglicogênese são vias antagônicas, ou seja, uma quebra glicose e a outra sintetiza. Então, as duas não podem ocorrer ao mesmo tempo. Por isso terão mecanismos iguais nessa regulação.
Modificação covalente: Fosforilei ou desfosforilei, pode estar ativo ou inativo. É uma das regulações.
Níveis enzimáticos: Quem ingere muita proteína terá as enzimas que fazem metabolismo de proteína em maior quantidade. Quem ingere apenas carboidrato terá mais enzimas de metabolismo de carboidrato no organismo. Então, isso será controlado de acordo com o nosso organismo, porém é mais devagar, não ocorre rápido. A alostérica é mais rápida, o hormônio é mais rápido e a fosforilação também é mais rápida. 
Compartimentalização: As vezes, o local onde a enzima está ajuda na regulação do metabolismo. Muitas vezes, o organismo segura a enzima dentro do núcleo e só libera no citoplasma quando precisar e tiver que ativar o caminho metabólico. Então, a compartimentalização consistiria em guardar a enzima em algum lugar e só liberar quando precisasse.
 Especialização metabólica dos órgãos: Cada órgão tem a sua especialização metabólica. O fígado faz praticamente tudo, tem todas as enzimas necessárias para fazer tudo. O coração já não apresenta várias enzimas. 
Os órgãos que não vivem sem glicose é o sistema nervoso central e as hemácias. Então, quando há um baixo nível de glicose, o fígado não utiliza glicose, utiliza outros metabólitos e guarda glicose para o SNC e as hemácias. Então, tem-se essa regulação metabólica.
Catalisadores metabólicos:
Nosso organismo não conseguiria fazer todas as reações necessárias para a nossa sobrevivência sem as enzimas, pois demoraria anos para a realização dessas reações. Portanto, as enzimas são essenciais para a nossa vida. Se faltar uma enzima, ocorrerá uma patologia muito grave. 
A função da enzima é aumentar a velocidade de uma reação. Dessa maneira, ela é um catalizador biológico. Não ocorre mudança na reação, ela somente será catalisada, ocorrendo mais rapidamente devido à diminuição da energia de ativação.
Coenzimas:
Outras formas de energia são as coenzimas que vêm das vitaminas e das bases nitrogenadas: NAD, NADPH, FAD e CoA. São chamadas de coenzimas porque ajudam no funcionamento das enzimas, ou seja, sem coenzimas, as enzimas não funcionam. São as coenzimas que irão promover a mudança química no substrato para formar o produto.
Patologias relacionadas:
Fluoretos e barbitúricos inibem as desidrogenases. As desidrogenases são responsáveis pela realização da oxidação e da redução do NAD. Se ocorrer a inibição das desidrogenases, tem a diminuição de formação do NAD, a redução de síntese de ATP e a pessoa morre. Barbitúrico pode matar, ele é um depressor de sistema nervoso central. Além de potencializar a inibição gabaérgica, que é um neurotransmissor inibitório, o barbitúrico interfere na cadeia respiratória, diminuindo a produção de NADH. O fluoreto também é importante nesse processo.
Inseticidas, intoxicação alcóolica e síndrome alcóolica fetal fazem com que tenha muito NADH sendo formado. 
Mecanismo bioquímico:
O ácido acetil salicílico é um desacoplador da cadeia respiratória. Quando desacopla a cadeia respiratória, não há mais produção de ATP. Então, o ácido acetil salicílico, AS e aspirina pode levar a morte. Causa letargia, hipoglicemia e hipertemia.
Metabolismo:
Soma de todas as transformações químicas que ocorrem no organismo. Então, a digestão é um metabolismo. Essas transformações são catalisadas por enzimas.
Sempre tem um precursor que sofrerá transformações e produzirá um produto final. A função é produzir energia e converter moléculas e nutrientes em moléculas fundamentais.