Aula 1 - Metabolismo Geral

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Universidade de São Paulo 
Escola de Engenharia de Lorena
Departamento de Biotecnologia 
Curso Engenharia Química
Disciplina Bioquimica [LOT 2004]
Aula 1: Metabolismo
Prof. Anuj Kumar
Conteúdo
Conceitos básicos de metabolismo
Metabolismo da glicose
Glicolise
Energia solar é fonte de toda a energia biológica
 Conversão de Energia Luminosa em Energia Química
Fotossíntese: Captura e colhendo da Energia Luminosa 
Obtemos alimentos através do processo de fotossíntese
O funcionamento do cérebro está diretamente relacionado ao metabolismo
Metabolismo celular 
O metabolismo celular é o conjunto de reações químicas que ocorrem nos organismos vivos para manter a vida. O metabolismo celular envolve sequências complexas de reações bioquímicas controladas, mais conhecidas como vias metabólicas.
 Interação entre proteínas
 Mais de 30.000 proteínas 
Diferente
Costanzo, Baryshnikova, et al., The Genetic Landscape of a Cell. Science, 2010
Metabolismo celular 
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Etanol 
Antibióticos
Queijos, Pães, Vinhos, Iogurtes
Metabolismo Celular
Produtos do Metabolismo: Interesse industrial 
Microrganismos para muitos produtos de interesse comercial por metabolismo. Aqui estão alguns exemplos.
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 Soma de todas as reações químicas na célula:
 Obter energia 
 Converter moléculas
 Polimerização de macromoléculas
 
O que é o metabolismo? 
‹#›
Fatos da Vida: Princípios da Termodinâmica nas Reações Bioquímicas 
Equação de Gibbs
A célula: 
 Sistema isotérmico: Temp. e pressão constante. 
Trocam matéria e energia com o ambiente 
 Moléculas mais organizadas
 Necessitam de fonte de energia livre
Termodinâmica 
+Os processos metabólicos são reações químicas e geralmente envolvem geração de calor.
+Organismos vivos, no entanto, não seguem todas as leis da termodinâmica.
+Organismos são sistemas abertos que trocam matéria e energia com o ambiente. ...
+Em termos termodinâmicos, o metabolismo mantém o equilíbrio.
‹#›
Exergônica
Equillíbrio
Endergônica
Reações Acopladas
+Na reação exergônica, a energia livre de Gibbs é menor que zero.
+Na reação endergônica, a energia livre de Gibbs é maior que zero
+No estado de equilíbrio, a energia livre de Gibbs é igual a zero
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Exemplos de reações exergônicas e endergônicas
+Nas reações exergônicas, a energia é liberada.
+Nas reações endergônicas, a energia é absorvida. 
+É necessária energia externa para fazer a reação acontecer.
‹#›
 NADH
ATP 
 NAD+
ADP 
Conexão entre Catabolismo e Anabolismo 
Sintese de ATP
Conexão entre Catabolismo e Anabolismo 
‹#›
Moeda de energia
ATP = $ 
NADH = 
FADH2 = 
Energia
Adenosina trifosfato (ATP): Principal moeda energética das células
ATP -> ADP + Pi 
Moléculas Carreadoras Ativadas: ATP
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Hidrólise de ATP
 Três posições de possível hidrólise do ATP
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ATP Hydrolysis
 Estabilidade: Velocidade de reação lenta
 Maior reserva de energia: Energia nas ligações 
Porque o Fosfato e não os outros? 
NAD+/ NADH (Carrega de um próton e dois elétrons ricos em energia)
OXIDADO
NADH
REDUZIDO 
NAD+
H++ 2e
NAD+/NADH - Nicotinamida adenina
Adenosina fosfato
Dinucleótido de nicotinamida e adenina
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Redox reactions involve the transfer of electrons from one molecule to the other. 
uma coenzima que apresenta dois estados de oxidação: NAD+ (oxidado) e NADH (reduzido)
+Reduction is when a molecule gains electrons. [Redução é quando uma molécula ganha elétrons].
+Oxidation is when a molecule loses electrons. [Oxidação é quando uma molécula perde elétrons.]
NAD+/ NADH (Carrega de um próton e dois elétrons ricos em energia)
NAD+/NADH - Nicotinamida adenina
‹#›
+O dinucleotídeo de flavina adenina (FAD) é uma coenzima redox ativa associada a várias proteínas, que está envolvida em várias reações enzimáticas importantes no metabolism
+Mononucleotídeo de flavina (FMN) é uma proteína que contém um grupo de flavina
+Em sistemas biológicos, o FAD atua como um aceitador de H+ e e- em sua forma totalmente oxidada e um doador na forma reduzida de FADH2.
FMN, FAD e FADH2
FMN, FAD e FADH2
‹#›
Saccharomyces cerevisiae 
Cerca de 500 reações
Metabolismo de Glicídios
 Glicólise 
 Ciclo do Ácido Cítrico
 Fermentação
 
Catabolismo de Carboidrato: Reação Principal do Metabolismo
Principais vias de Utilização da Glicose
Energia
ATP
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+Glucose is stored in the form of glycogen, sucrose, starch
+Oxidation of glucose leads to formation of puruvic acid, which goes to TCA cycle and create energy
+Oxidation of glucose via pentose phosphate pathway leads to formation of ribose-5-phosphate
+Glucose is also goes for polymerization reaction making plant cell wall polysaccharide or exopolysaccharide by some microorganisms.
Principais vias de Utilização da Glicose
Respiração Celular 
 Fase aeróbica do catabolismo
 Captação de O2 e eliminação de CO2
 Glicose + O2 CO2 + H2O
 
Respiração Celular x Combustão 
 Combustão Completa:
Combustível + O2 CO2 + H2O
 
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Metabolismo Aeróbico 
 Estágio 1: Produção de acetil-CoA
 Estágio 2: Ciclo do Ácido Cítrico
 Estágio 3: Fosforilação Oxidativa
Muito Importante!!! 
Via da Glicólise (via EMP)
Embden-Meyerhof-Parnas (EMP) pathway
 Investimento Energético:
 Glicose => Gliceraldeído 3 Fosfato e Dihidrocicetona fosfato
Glicólise – Fase preparatória
Perda de 2 ATP
Glicólise – Fase preparatória
Gliceraldeído 3 fosfato e Diidrocicetona são moléculas de 3 carbonos, triose. 
‹#›
Glicólise – Fase preparatória
 Hidrólise
 Frutose 1,6 Bifosfato => Gliceraldeído 3 Fosfato e Dihidrocicetona fosfato
 Geração de energia. 
 Gliceraldeído 3 Fosfato => 2 Piruvato 
Glicólise – Fase Compensatória
Ganho de 4 ATP +2 NADH 
Cada molécula de Glicose, 2 ATPs são hidrolizados, mas 4 ATPs são produzidos. Ganho de 2 ATPs. Embora não tenha participação de Oxigênio, ocorrem reações de oxidação de NAD. Dois molecule da H2O liberada na equação da glicólise
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Glicólise
 Reação Geral da Glicólise: 
Glicose + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi 2 Piruvato + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O 
Rendimento Líquido: 2 ATP +2 NADH
(-32,1 kcal mol-1 de glicose consumida) 
In Glycolysis, 1 molecule of glucose give 2 piruvato, 2 ATP, 2 NADH and 2 H2O molecule.
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Oxidação da Glicose: Vias Principais
Leveduras
Anaeróbio facultativo
Lactobacilos
Anaeróbio facultativo
Fermentação Lática 
 
Piruvato + NADH + H+ Lactato + NAD+
Piruvato é o receptor final de elétrons
Redução do piruvato a lactato
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Fermentação Alcólica 
 
Piruvato + NADH + H+ Etanol + NAD+
Piruvato é o receptor final de elétrons. 
TPP – pirofosfato de timaina (vitamina B1). Acetaldeído é tóxico!
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Fábricas Químicas 
Fermentação no processo Industrial 
Clotrisdium acetobutyricum
Butanol
Fermentação 
Acetona
Amido 
	Produtos de Fermentação 
	Ácido Fórmico 
	Ácido Acético
	Alcoóis Glicerol
	Metanol
	Isopropanol