2 - 1 Bioenergética

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Nesta webaula, estudaremos os conceitos mais importantes sobre a bioenergética.
Bioenergética: função do ATP
A bioenergética é o estudo da transferência e utilização de energia pelas células. A energia é a capacidade de se
realizar trabalhos, como na manutenção da composição dos meios intracelular e extracelular, movimento da
célula ou do organismo, vias de biossíntese e movimento de solutos por meio da membrana plasmática. Já o
sistema é o nosso objeto de estudo, enquanto o entorno ou vizinhança é o que está ao redor do sistema. O
universo é o conjunto formado pelo sistema e seu entorno.
Fonte: Shutterstock.
O sistema pode ser classi�cado em aberto (troca energia e substâncias com o entorno), fechado (só troca
energia com o entorno) e isolado (não troca nada com o entorno). As células e os organismos são exemplos
de sistemas abertos.
A relação entre calor e energia
O calor é a energia em trânsito devido a uma diferença de temperatura entre dois meios. A energia interna (U) é o
conteúdo total de energia do sistema. Dentro desse cenário, temos a entalpia (H), que é a quantidade de energia
de um sistema que pode ser transformada em calor à pressão constante. Nas reações endotérmicas, o sistema
recebe calor (variação de entalpia positiva), enquanto nas reações exotérmicas, o sistema cede calor (variação de
entalpia negativa).
A Primeira Lei da Termodinâmica ou Lei da Conservação de Energia a�rma que a energia do universo é
constante, ou seja, a energia pode ser transferida ou transformada, porém jamais destruída ou criada.
Bioquímica Aplicada à Saúde
Bioenergética
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que possível, opte pela versão digital. Bons estudos!
Entropia (S)
A entropia (S) é uma medida da desordem do sistema. Uma reação química espontânea leva ao aumento da
desordem (entropia); a espontaneidade da reação química não signi�ca que ela seja rápida, apenas que é
energeticamente favorável; enzimas, ao reduzirem a energia de ativação, tornam as reações químicas
espontâneas mais rápidas. A organização dos sistemas biológicos (células, tecidos, organismos) é compensada
pela alta entropia do meio circundante.
A Segunda Lei da Termodinâmica a�rma que toda transferência ou transformação de energia aumenta a
entropia do universo.
Energia livre de Gibbs
A energia livre de Gibbs é a quantidade de energia capaz de realizar trabalho durante uma reação química à
temperatura e pressão constantes; é uma forma simpli�cada para se determinar se a reação química é
espontânea ou não. Reações exergônicas são espontâneas, pois possuem valor negativo da variação de energia
livre; reações endergônicas não são espontâneas, pois possuem valor positivo da variação de energia livre.
ATP
A ATP é a molécula que armazena energia; a energia liberada pelo ATP ativa as reações endergônicas; a produção
de ATP depende da energia liberada pelas reações exergônicas: glicólise, oxidação do piruvato, ciclo do ácido
cítrico, oxidação do ácido graxo e fosforilação oxidativa.
Oxidação biológica
A oxidação é a perda de elétrons e a redução é ganho de elétrons. Nas reações de oxirredução ou redox, a
oxidação e a redução estão acopladas, sendo que um reagente transfere elétrons para outro reagente da reação
química. Nas reações oxidativas da glicose, ácido graxo e aminoácido, os elétrons são transferidos para os
carreadores NAD e FAD, que levam os elétrons para a cadeia respiratória na mitocôndria.
Cadeia respiratória e fosforilação oxidativa
A cadeia respiratória está localizada na membrana interna da mitocôndria e é composta por complexos proteicos
e carreadores de elétrons na membrana interna da mitocôndria. Observe o processo dos complexos proteicos e
carreadores, a seguir:
A NADH transfere os elétrons para o Complexo I; esses elétrons ativam uma bomba de prótons presente no
Complexo I, que bombeia prótons da matriz mitocondrial para o espaço intermembranoso.
A FADH2 transfere os elétrons para o Complexo II. Os elétrons dos Complexos I e II são transferidos para o
Complexo III pela ubiquinona ou coenzima Q, um carreador de origem lipídica. No Complexo III, os elétrons
ativam uma bomba de prótons que transporta prótons da matriz mitocondrial para o espaço
intermembranoso.
Os elétrons do Complexo III são transferidos para o Complexo IV pelo citocromo c. No Complexo IV, os
elétrons ativam uma bomba de prótons que transporta prótons da matriz mitocondrial para o espaço
intermembranoso.
Os elétrons são transferidos do Complexo IV para o gás oxigênio, que atua como aceptor �nal de elétrons. A
redução do gás oxigênio resulta na formação da molécula de água.
As bombas de prótons dos Complexos I, III e IV criam um gradiente eletroquímico de prótons por meio da
membrana interna da mitocôndria, e esse gradiente é a força motriz que gera uma corrente de prótons em
direção à matriz mitocondrial. Ao passar pelo canal de prótons, a energia associada ao �uxo de prótons é
transformada em energia química pela enzima ATP sintase associada ao canal. A energia química é
armazenada nos ATPs.
Via das pentoses-fosfato e outras vias do metabolismo das hexoses
A via das pentoses-fosfato é um conjunto de reações químicas que ocorre no citosol. Nessa via metabólica, a
glicose-6-fosfato é convertida, em várias etapas, em ribose-5-fosfato. Ela possui duas fases, a de geração de
NADPH (reações irreversíveis) e a de interconversão não oxidativa de monossacarídeos (reações reversíveis). As
reações oxidativas dessa via geram NADPH, essencial para as reações de biossíntese, para a atividade das enzimas
do sistema citocromo P450 e como proteção contra o estresse oxidativo. A frutose é substrato para a glicólise,
especialmente no fígado, enquanto a galactose obtida da alimentação é convertida em glicose no fígado.
Radicais livres
Os radicais livres são átomos e moléculas com elétrons não pareados extremamente reativos, como os radicais
superóxido e hidroxila. Também temos moléculas que são precursoras de radicais livres, como o peróxido de
hidrogênio. Como a maioria dos radicais livres e precursores é derivada do metabolismo do O utilizamos o termo
espécies reativas de oxigênio.
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Os radicais livres estão envolvidos em danos oxidativos de lipídeos, proteínas e DNA. No caso dos lipídeos, os
radicais livres provocam lipoperoxidação, que altera a estrutura e a permeabilidade da membrana
plasmática, e a consequência pode ser a lise celular. Os radicais livres podem alterar a sequência de DNA,
resultando em mutações, bem como alterar a estrutura das proteínas, prejudicando as suas funções;
portanto, os danos oxidativos gerados pelos radicais livres estão associados à mutagênese, à carcinogênese e
ao envelhecimento.
Nos organismos aeróbicos, é necessário que haja equilíbrio entre a produção de espécies reativas de oxigênio e a
sua neutralização, por isso é tão importante o sistema antioxidante para esses organismos. O sistema
antioxidante é formado por substâncias que neutralizam diretamente os radicais livres, como a vitamina C (ácido
ascórbico), vitamina E (tocoferol), beta-caroteno e glutationa, e enzimas que catalisam reações químicas que
neutralizam as espécies reativas de oxigênio. Entre essas enzimas, podemos citar a superóxido dismutase, que
catalisa a conversão do radical livre superóxido em peróxido de hidrogênio, bem como a catalase, que catalisa a
conversão do peróxido de hidrogênio em água e O .2
Para �nalizar esta webaula, indicamos alguns livros de bioquímica disponíveis na Biblioteca Virtual: Minha
Biblioteca. Sugerimos o livro Princípios de Bioquímica de Lehninger, um clássico na área de Bioquímica. Você
pode estudar os Capítulos 14 (Glicólise, gliconeogênese e a via das pentoses-fosfato) e 19 (Fosforilação
oxidativa e fotofosforilação).
NELSON, D. L.; COX, M. M. Princípios de bioquímica de Lehninger.6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2014.
Caso você pre�ra um livro com mais ilustrações e esquemas, sugerimos Bioquímica Ilustrada. Os capítulos
que sugeridos para leitura são: capítulo 6, que aborda a bioenergética e fosforilação oxidativa, e o capítulo
13, que aborda a via das pentoses-fosfato e NADPH.
FERRIER, D. R. Bioquímica ilustrada. 7. ed. Porto Alegre: Artmed, 2019.
Para compreender os conceitos da bioenergética e de termodinâmica, sugerimos a leitura do Capítulo 8
(Introdução ao metabolismo) do livro Biologia de Campbell.
REECE, J. B. et al. Biologia de Campbell. 10. ed. Porto Alegre: Artmed, 2015.
Para expandir mais os seus horizontes, sugerimos a leitura de um artigo cientí�co relacionado aos conceitos
desenvolvidos nesta webaula, como:
AGUIAR, C. R.; FALCÃO, M. C.; RAMOS, J. L. de A. Estresse oxidativo no recém-nascido: a bilirrubina como
antioxidante. Revista Paulista de Pediatria, [S.l.], v. 24, n. 4, p. 363-366, 2006.
Trata-se de um artigo que aborda a importância da bilirrubina como antioxidante em recém-nascidos.
Para visualizar o vídeo, acesse seu material digital.