Aula bioenergética

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15/10/2011
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Bioquímica
Módulo
BIOENERGÉTICA
Profa. Dra. Ana Carolina Silva Siquieroli
Bioenergética
É o estudo quantitativo das 
transformações de energia que
ocorrem nas células vivas, bem
como na natureza e função dos 
processos químicos nelas
envolvidos. 
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Bioenergética
As transformações biológicas de energia
seguem as leis da termodinâmica
1° Lei da Termodinâmica: Princípio da conservação de energia
Para qualquer transformação física ou química, a quantidade total
de energia no universo permanece constante; a energia pode mudar
de forma ou ser transportada de uma região para outra; entretanto
ela não pode ser criada ou destruída.
Bioenergética
2° Lei da Termodinâmica: Tendência que o universo apresenta para
uma desordem crescente
Em todos os processos naturais, a entropia do universo aumenta.
Entropia: 
mudança interior
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Bioenergética
A energia livre de Gibbs (G)
Expressa a quantidade de energia capaz de realizar trabalho 
durante uma reação a uma temperatura e pressão constantes.
Bioenergética
Quando uma reação ocorre com liberação de energia livre, ou
seja, quando o sistema se transforma de modo a possuir menos
energia livre, ΔG, apresenta valor negativo, sendo a reação
denominada exergônica.
ΔG negativo: exergônicaΔG negativo: exergônica
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Bioenergética
Quando o sistema ganha energia livre, sendo o valor de ΔG 
positivo, a reação é dita endergônica. 
ΔG positivo: endergônicaΔG positivo: endergônica
Bioenergética
A entalpia(H) é o conteúdo de calor do 
sistema reagente
Ela reflete o número e os tipos de ligações químicas nos 
reagentes e produtos.
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Bioenergética
Quando uma reação química libera calor, ela é denominada
exortémica.
ΔH negativo: exotérmicaΔH negativo: exotérmica
O conteúdo de calor dos produtos é menor do que o dos 
reagentes e ΔH possui, por convenção, um valor negativo.
Bioenergética
Sistemas reagentes que captam calor de seus ambientes
possuem valores de ΔH positivos
ΔH positivo: endotérmicosΔH positivo: endotérmicos
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Bioenergética
A entropia (S) é uma expressão
quantitativa da casualidade ou desordem
de um sistema
Quando os produtos de uma reação são menos complexos e mais 
desordenados do que os reagentes, a reação com um ganho de 
entropia.
ΔS positivo: entropia aumentaΔS positivo: entropia aumenta
Bioenergética
As células necessitam de fonte de energia livre
As células são sistemas isotérmicos, ou seja, elas funcionam 
essencialmente em temperatura e pressão constantes.
As células heterotróficasAs células heterotróficas
obtém energia livre das 
moléculas nutrientes
As células fotossintéticasAs células fotossintéticas
obtém energia livre da
radiação solar absorvida
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Bioenergética
Ambos os tipos de células transformam
essa energia livre em ATP e outros
compostos ricos em energia
Bioenergética
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Bioenergética
O ATP fornece enegia por transferênciaO ATP fornece enegia por transferência
de grupos, e não por simples hidrólise
Bioenergética
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Bioenergética
O Ciclo do ATP e ADPO Ciclo do ATP e ADP
Nas células, a energia das ligações químicas dos substratos energéticos é 
transformada em respostas fisiológicas necessárias para a vida
O papel central das ligações de fosfato ricas em energia do ATP nesses processos
está resumido no ciclo do ATP-ADP
Bioenergética
O Ciclo do ATP e ADPO Ciclo do ATP e ADP
Produção de energia
-Carboidratos
-Lipídeos
-Proteína
Utilização de energia
-Contração muscular
-Transporte ativo de 
íons
-Biossíntese
-Desintoxicação
-Termogênese
ATP
ADP + Pi
CO2
O2
calor
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Bioenergética
O Ciclo do ATP e ADPO Ciclo do ATP e ADP
Para produzir ATP por meio da respiração celular, os substratos energéticos são
degradados por reações oxidativas que transferem a maioria de sua energia de 
ligação química para
NAD+ e FAD para produzir a forma reduzida dessas enzimas
NADH e FADH2
Bioenergética
O Ciclo do ATP e ADPO Ciclo do ATP e ADP
Quando NADH e FADH2 são oxidados por O2 na cadeia de transporte de elétrons, 
a energia é utilizada para regenerar ATP no processo de oxidação fosforilativa
A energia disponível da quebra de ligações de fosfato de alta energia do ATP pode
ser utilizada diretamente para o trabalho
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Bioenergética
O Ciclo do ATP e ADPO Ciclo do ATP e ADP
Trabalho mecânico – contração muscular 
Trabalho de transporte – gradiente de Na+
Trabalho bioquímico – reações químicas que necessitam de energia
Rotas anabólicas – biossíntese de grandes moléculas, como as proteínas
Bioenergética
Homeostase do ATPHomeostase do ATP
A oxidação de substratos energéticos é regulada para manter a
homeostase do ATP
Independente do nível celular de utilização de substratos energéticos ser alto (com 
consumo aumentado de ATP) ou baixo (com diminuição do consumo de ATP)
A disponibilidade de ATP dentro da célula é mantida em um nível constante por
aumentos ou diminuições apropriadas na velocidade de oxidação de substratos
energéticos
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Bioenergética
Problemas na homeostase do ATP e no equilíbrio de energia ocorrem:
Homeostase do ATPHomeostase do ATP
obesidade
hipertireoidismo
infarto do miocárdio
Bioenergética
Energia de oxidação dos substratos energéticos
A oxidação de substratos energéticos é exergônica, ou seja, libera energia
A quantidade máxima de energia liberada que é disponível para trabalho útil (ex.: 
síntese de ATP
É chamada de ΔG0 – que é a alteração na energia livre de Gibbs em pH 7,0, sob 
certas condições
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Bioenergética
Energia de oxidação dos substratos energéticos
A oxidação de substratos energéticos tem um ΔG0 negativo
Isto é, os produtos tem uma energia de ligação química mais baixa do que os
reagentes, e sua formação é energeticamente favorecida
Bioenergética
Energia de oxidação dos substratos energéticos
Isto é, requer energia e tem um ΔG0 positivo
A síntese de ATP a partir de ADP e fosfato inorgânico é endergônica, 
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Bioenergética
Energia de oxidação dos substratos energéticos
ΔGΔG0 negativo
Para ocorrerem nas células humanas, todas as rotas devem ter
Bioenergética
Energia de oxidação dos substratos energéticos
Os substratos energéticos são oxidados principalmente para a doação de elétons
para NAD+ e FAD, os quais, então, doam elétrons para O2, na cadeia de 
transporte de elétrons que finalmente produz energia na forma de moléculas de 
ATP
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Bioenergética
Estudo dirigidoEstudo dirigido
1.Definir Bioenergética:
2. Conceituar energia livre, entalpia e entropia:
3. Explicar as reações endergônicas e exergônicas:
4. Relacionar entropia e energia livre com a espontaneidade dos processos.
5. Definir sistemas G (+) e G (-):
6. Enunciar a primeira e segunda Leis da Termodinâmica:
INTRODUÇÃO AO 
METABOLISMO
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Introdução ao Metabolismo
Os organismos dependem do meio
ambiente para obter energia e 
moléculas precursoras
Para se manterem vivos e desempenhar diversas
funções biológicas
Os organismos necessitam continuamente de 
energia
ambiente
organismos
energia
energia
Introdução ao Metabolismo
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Introdução ao Metabolismo
Introdução ao Metabolismo
As substâncias oxidáveis utilizadas
pelos seres humanos estão presentes
nos alimentos
carboidratoscarboidratos lipídeoslipídeos
protéinasprotéinas
Reservas endógenas
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CarboidratosCarboidratos
Lipídeos
Proteínas
Introdução ao Metabolismo
CO2 H+ 
é
Coenzimas
oxidadas
Coenzimas
reduzidas
ATP + H2O
O2 + ADP + Pi
H+ é
Introdução ao Metabolismo
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Todo esse processo de obtenção, armazenamento e utilização de 
energia, e a transformação de precursores obtidos do meio em
compostos característicos de cada organismo
METABOLISMOMETABOLISMO
É efetuado através de uma intricada rede de reações químicas e 
constitui o
Introdução ao Metabolismo
Introdução ao MetabolismoMACRONUTRIENTES
carboidratoscarboidratos lipídeoslipídeos
protéinasprotéinas
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CARBOIDRATOSCARBOIDRATOS
LIPÍDEOSLIPÍDEOS
PROTEÍNASPROTEÍNAS
Hidrólise enzimática
Absorção no instestinoAbsorção no instestino
Introdução ao Metabolismo
GLICOSE
Introdução ao Metabolismo
CARBOIDRATOSCARBOIDRATOS
LIPÍDEOSLIPÍDEOS
PROTEÍNASPROTEÍNAS
ÁCIDOS GRAXOS
AMINOÁCIDOS
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É obrigatória a ingestão de carboidratos, lipídeos e 
proteínas, já que o organismo contém estes três
tipos de compostos?
Algum deles pode ser sintetizado a partir de outro?
Se for o caso, quais os tipos de compostos
imprescindíveis na dieta?
Introdução ao Metabolismo
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É possível sintetizar:É possível sintetizar:
a. Glicose a partir de proteína
b. Ácido graxo a partir de proteína
c. Ácido graxo a partir de glicose
d. Proteína a partir de glicose
e. Glicose a partir de ácido graxo
f. Proteína a partir de ácido graxo
Introdução ao Metabolismo
É possível sintetizar:
a. Glicose a partir de proteína - SIM
b. Ácido graxo a partir de proteína - SIM
c. Ácido graxo a partir de glicose - SIM
d. Proteína a partir de glicose - NÃO
e. Glicose a partir de ácido graxo - NÃO
f. Proteína a partir de ácido graxo - NÃO
Introdução ao Metabolismo
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Macronutriente Pode originar
Proteínas Carboidratos, ácidos graxos
Carboidratos Ácidos graxos
Lipídeos -----------------
Introdução ao Metabolismo
Portanto, fica clara a extrema importância
alimentar das proteínas, pois delas podem ser 
derivados os outros dois macronutrientes e a partir
destes as proteínas não podem ser produzidas
Introdução ao Metabolismo