bioquimica aplicada a saude-unidade 2-2 3-1sem2022

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<p>Bioquímica Aplicada à Saúde</p><p>Prof. MSc. André B. da Silveira</p><p> Unidade de Ensino 2: Carboidratos</p><p>● Seção 2.3: Bioenergética: função do ATP. Oxidação</p><p>biológica. Cadeia respiratória e fosforilação oxidativa. Vias</p><p>das pentoses-fosfato e outras vias do metabolismo das</p><p>hexoses.</p><p> Nesta seção, daremos continuidade ao estudo das vias</p><p>metabólicas, abordaremos os componentes e o</p><p>mecanismo de funcionamento da cadeia respiratória e</p><p>veremos como os elétrons gerados em várias reações</p><p>oxidativas de diferentes vias metabólicas são utilizados</p><p>para a produção de energia na cadeia respiratória pelo</p><p>processo de fosforilação oxidativa.</p><p> Inicialmente, vamos estudar a bioenergética, que</p><p>aborda a transferência e a utilização da energia pelas</p><p>células.</p><p> Antes de nos aprofundarmos nesse conceito, vamos</p><p>definir energia.</p><p> Você, provavelmente, tem uma noção do conceito de</p><p>energia.</p><p> Por exemplo: os equipamentos eletrônicos dependem da</p><p>energia elétrica para o seu funcionamento, mas</p><p>também podemos citar a luz, o calor, a correnteza de</p><p>um rio e tantos outros exemplos.</p><p> O que acabamos de citar são as diferentes</p><p>manifestações da energia, mas a verdade é que definir</p><p>energia é muito difícil, sendo bem mais fácil identificar</p><p>as suas manifestações, como energia elétrica, energia</p><p>luminosa, energia térmica, energia cinética, energia</p><p>potencial etc.</p><p> Mas como precisamos de uma definição, geralmente,</p><p>associamos ela a conceitos físicos, então, a energia pode</p><p>ser definida como a capacidade de realizar trabalho</p><p>durante uma reação química ou fenômeno físico, ou</p><p>seja, a energia é capaz de deslocar algo ou se opor às</p><p>forças contrárias.</p><p> Por exemplo: a energia tem a capacidade de organizar</p><p>a matéria, deslocando as moléculas para organizá-las</p><p>em células, que, posteriormente, podem ser deslocadas</p><p>para a organização de sistemas biológicos cada vez</p><p>mais complexos, como tecidos, órgãos, até chegar a um</p><p>organismo.</p><p> Além disso, a energia é necessária para a manutenção</p><p>da composição dos meios intracelular e extracelular, a</p><p>movimentação do sistema biológico (flagelo e cílios, no</p><p>caso da movimentação de células, e um sistema</p><p>proteico que permite a contração de fibras musculares</p><p>para a movimentação de um corpo), as vias de</p><p>biossíntese (ou anabólicas), o movimento de moléculas</p><p>e íons por meio da membrana plasmática e tantas</p><p>outras funções biológicas.</p><p> A manutenção da vida depende da capacidade da célula</p><p>em transformar uma forma de energia em outra.</p><p> Essas transformações de energia que acompanham as</p><p>reações químicas do sistema biológico (célula ou</p><p>organismo) são estudadas pela bioenergética e são</p><p>condicionadas às leis da termodinâmica.</p><p> Inicialmente, vamos definir alguns conceitos</p><p>importantes da termodinâmica.</p><p> O sistema é o nosso objeto de estudo, podendo ser um</p><p>tubo de ensaio com uma determinada reação química</p><p>ou uma célula; já e o que está ao redor do sistema e não</p><p>pertence a ele, chamamos de entorno ou vizinhança.</p><p> O universo, por sua vez, é o conjunto formado pelo</p><p>sistema e pela vizinhança ou entorno.</p><p> O sistema pode ser classificado em aberto (troca</p><p>energia e matéria com o entorno), fechado (só troca</p><p>energia com o entorno) e isolado (não troca nada com o</p><p>entorno).</p><p> As células são exemplos de sistemas abertos, pois</p><p>trocam energia e substâncias com o meio circundante.</p><p> Os conceitos de trabalho e energia já foram abordados</p><p>anteriormente no texto, então, faltou definirmos calor,</p><p>que é a energia em movimento devido à diferença de</p><p>temperatura entre dois meios.</p><p> Outros parâmetros importantes para a termodinâmica</p><p>são: energia interna, entalpia, entropia e variação de</p><p>energia livre (ou de Gibbs).</p><p> A energia interna (U) corresponde ao conteúdo total de</p><p>energia do sistema, ou seja, a soma das energias</p><p>cinética e potencial das moléculas constituintes do</p><p>sistema.</p><p> A entalpia (H) é o parâmetro que mede a quantidade</p><p>de energia de um sistema que pode ser transformada</p><p>em calor à pressão constante.</p><p> Já a variação de entalpia, ou seja, a diferença entre as</p><p>entalpias final e inicial de um sistema, reflete a energia</p><p>liberada e absorvida de um sistema em pressão</p><p>constante.</p><p> A depender do valor da variação de entalpia, podemos</p><p>classificar as reações químicas e os fenômenos físicos</p><p>em exotérmicos e endotérmicos.</p><p> Em um processo exotérmico, a variação de entalpia do</p><p>sistema é negativa, pois o sistema transfere energia na</p><p>forma de calor para o entorno, enquanto em um</p><p>processo endotérmico, a variação de entalpia do</p><p>sistema é positiva, pois recebe energia do entorno na</p><p>forma de calor.</p><p> Precisamos diferenciar dois processos importantes: a</p><p>transformação física e a transformação química</p><p>(também chamada de reação química).</p><p> Na transformação física, as moléculas continuam</p><p>intactas, o que altera é a relação entre elas, isto é, as</p><p>ligações intermoleculares e a liberdade de</p><p>movimentação das moléculas.</p><p> Como exemplo, temos o gelo (forma sólida), a água</p><p>(forma líquida) e o vapor de água (forma gasosa).</p><p> Todas essas formas são constituídas pela mesma</p><p>molécula, então, o que muda?</p><p> Apenas a relação entre as moléculas de água.</p><p> Já na transformação química ou reação química, as</p><p>moléculas iniciais, chamadas de reagentes, são</p><p>transformadas em novas moléculas, diferentes das</p><p>iniciais, chamadas de produtos.</p><p> Por exemplo: a queima da madeira, uma reação</p><p>química chamada de combustão.</p><p> Nesse exemplo, a madeira, constituída por moléculas</p><p>orgânicas (presença do átomo de carbono), ao reagir</p><p>com o gás oxigênio (02) origina o gás carbônico (C02),</p><p>então, nessa reação química, temos os reagentes</p><p>carbono e gás oxigênio e o produto gás carbônico.</p><p>Estrutura do ATP e a reação de hidrólise do ATP para liberar energia</p><p> Um homem adulto com cerca de 70 kg necessita de,</p><p>pelo menos, 2000 quilocalorias por dia para a</p><p>manutenção das suas funções orgânicas.</p><p> Em termos energéticos, essa quantidade de energia</p><p>corresponde a 83 kg de ATP, porém as pessoas dispõem</p><p>de apenas 250 gramas de ATP a qualquer momento, e</p><p>isso mostra que a nossa capacidade de regenerar o ATP</p><p>tem que ser bem elevada.</p><p> Cada molécula de ATP é regenerada cerca de 300 vezes</p><p>por dia, e a principal fonte de regeneração de ATP é a</p><p>fosforilação oxidativa que ocorre na mitocôndria.</p><p> As reações de oxirredução (ou redox) estão</p><p>presentes em muitas vias metabólicas, em espe-</p><p>cial as relacionadas com a produção de energia.</p><p> Na oxidação, ocorre perda de elétrons, ou seja, há</p><p>aumento do valor do número de oxidação; já na</p><p>redução, há ganho de elétrons, ou seja, há a</p><p>diminuição do valor do número de oxidação.</p><p> O número de oxidação está relacionado à carga elétrica,</p><p>real ou parcial, dos átomos constituintes das moléculas</p><p>reagentes.</p><p> Oxidante é a molécula que provoca oxidação de outra</p><p>molécula e sofre redução; redutor é a molécula que</p><p>provoca redução de outra molécula e sofre oxidação.</p><p> Nas reações de oxirredução, temos a transferência de</p><p>elétrons do redutor para o oxidante; por exemplo: na</p><p>descarboxilação oxidativa do piruvato, o que resulta na</p><p>formação de acetil-CoA, o piruvato é o redutor, pois</p><p>perde elétrons e os transfere para o NAD+, que age</p><p>como oxidante.</p><p> Apesar de o termo oxidação remeter ao gás oxigênio,</p><p>muitas reações de oxidação ocorrem sem a participação</p><p>dessa molécula.</p><p> O conjunto das reações de oxirredução que</p><p>ocorrem nos sistemas biológicos é denominado</p><p>de oxidação biológica.</p><p>Equação resumida da respiração celular e o</p><p>processo redox da mesma</p><p> A energia presente na glicose, nos ácidos graxos e nos</p><p>aminoácidos é liberada aos poucos, em várias etapas,</p><p>cada uma catalisada por uma enzima específica.</p><p> Nessas etapas, a energia dessas fontes energéticas</p><p>pode ser transferida diretamente para o ADP por meio</p><p>da sua fosforilação, originando o ATP.</p><p> A outra possibilidade é a transferência de elétrons</p><p>dessas fontes energéticas para os carreadores de</p><p>elétrons NAD (nicotinamida adenina dinucleotídeo) e</p><p>FAD (flavina adenina dinucleotídeo),</p><p>e esses elétrons</p><p>serão, posteriormente, transferidos para a cadeia</p><p>respiratória ou cadeia de transporte de elétrons, onde</p><p>serão utilizados para o processo de fosforilação</p><p>oxidativa.</p><p> As oxidações da glicose, dos ácidos graxos e</p><p>aminoácidos e a fosforilação do ADP para formar ATP</p><p>estão acoplados por um gradiente de prótons, por meio</p><p>da membrana interna da mitocôndria.</p><p> A seguir, veremos como ocorre esse acoplamento de</p><p>reações na cadeia respiratória.</p><p>Representação dos componentes e do mecanismo de</p><p>funcionamento da cadeia respiratória</p><p>Representação das reações químicas envolvidas na redução</p><p>do gás oxigênio (O2) à molécula de água</p><p> A via das pentoses-fosfato é um conjunto de</p><p>reações químicas que ocorre no citosol e cujo</p><p>substrato inicial é a glicose-6-fosfato e o produto</p><p>final é a ribose-5-fosfato.</p><p>Esquema representativo da via das pentoses-fosfato</p><p> Existem vias metabólicas que envolvem outras hexoses,</p><p>como a galactose e a frutose.</p><p> No caso da frutose, esse monossacarídeo é</p><p>substrato para glicólise, especialmente no fígado.</p><p> Uma dieta rica em frutose pode desencadear um</p><p>aumento da taxa de glicólise no fígado, resultando em</p><p>aumento da taxa de síntese de ácidos graxos devido à</p><p>maior disponibilidade de di-hidroxiacetona, um</p><p>intermediário da glicólise.</p><p> Com maior produção hepática de ácidos graxos, há</p><p>maior secreção de VLDL, o que resulta em</p><p>hipertrigliceridemia (maior concentração plasmática de</p><p>triacilgliceróis ou triglicérides).</p><p> A galactose obtida da dieta é convertida em</p><p>glicose no fígado.</p>