Metabolismo de Proteínas

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METABOLISMO
AMINOÁCIDOS, PEPTÍDEOS E PROTEÍNAS
As proteínas são as biomoléculas mais abundantes nos seres vivos e são responsáveis por
controlar praticamente todos os processos que ocorrem em uma célula. Estas são
constituídas por cadeias de aminoácidos unidos por ligações peptídicas
➢ Todas as proteínas dos organismos vivos são formadas através da combinação de 20
aminoácidos
Cada aminoácido (exceto a glicina), o carbono alfa está ligado a quatro grupos diferentes:
um grupo carboxila -COOH, um grupo amino -NH2 (exceto a prolina que possui um grupo
imino), um grupo R (também chamado de cadeia lateral, sendo diferente para cada
aminoácido) e um átomo de hidrogênio.
O posicionamento central do carbono faz com que haja uma assimetria que permite a
existência de isômeros. Ou seja, amesma fórmula molecular mas com orientação espacial
diferente.
● Essa propriedade, dá a molécula atividade óptica, assim, podem desviar o plano de
luz polarizada (mudar a direção da luz que passa através dela)
● Isômeros que não se sobrepõem são chamados enantiômeros (como uma mão
esquerda e uma mão direita)
➢ As moléculas enantioméricas podem ser do tipo D (dextrorrotatorios) ou L
(levorrotatórios)
● Todos os seres vivos que conhecemos até o momento possuem somente os
isômeros L dos aminoácidos, no entanto, pode ser encontrado D-aminoácidos em
paredes celulares bacterianas ou em alguns antibióticos peptídicos
O pH influencia o modo como os aminoácidos se comporta:
● Em soluções neutras, o grupo carboxila se ioniza doando seus prótons até atingir o
pK, no qual haverá o mesmo número de aminoácidos com suas carboxilas na forma
protonada (associada) e não protonada (dissociada) - efeito tamponante
● Em pH ácido, o aminoácido está na sua forma catiônica, ou seja, tanto o grupamento
amino quanto o carboxila se encontram protonados (NH3+ e -COOH) -
comportado-se como uma base (ganhando prótons)
● Em pH alcalino, o grupo carboxila de todas as moléculas de aminoácidos se
apresentaram na forma dissociada (doando seus prótons)
Em pH fisiológico, o grupo amino (NH2) permanece protonado (ganhou H+) como NH3+ e o
grupo carboxila (COOH) desprotonado (COO-)(perdeu H+), resultando em uma molécula
que possui cargas opostas, mas continua sendo uma molécula neutra – forma
zwitteriônica
AMINOÁCIDOS PODEM SER CLASSIFICADOS PELO GRUPO R
A cadeia lateral determina como os aminoácidos vão se comportar nas reações bioquímicas
e como influenciam a estrutura e função das proteínas
01. GRUPOS R APOLARES E HIDROFÓBICOS
Alanina, valina, leucina, isoleucina, glicina, metionina (contém enxofre, com isso. participa
da estrutura de sítios ativos em enzimas) e prolina (possui uma cadeia lateral alifática, que
devido a estrutura rígida, reduz a flexibilidade da região onde está presente)
Compostos principalmente de hidrocarbonetos (constituídos por átomos de carbono e
hidrogênio), sendo incapazes de formar interações com a água. Essas cadeias ficam
interiorizadas na molécula
➢ Apresentam hidrocarbonetos saturados como cadeias laterais (átomos de C e H,
contendo apenas ligações simples).
02. GRUPOS R AROMÁTICOS (fenilalanina, tirosina e triptofano)
Cadeias laterais contendo anéis benzênicos (estrutura cíclicas formada por átomos de
carbono que contém ligações duplas conjugadas). responsáveis pela absorção da luz
ultravioleta, apesar de serem relativamente apolares, eles podem participar de interações
hidrofóbicas
A absorção de luz ultravioleta explica a forte absorbância de luz com comprimento de onda
de 280 nm da maior parte das proteínas
03. POLARES NEUTROS (serina, treonina, cisteína, metionina, asparagina e glutamina)
Contêm em suas cadeias laterais grupos que formam ligações de hidrogênio com a água,
podendo ser hidroxila (serina e treonina) ou amida (asparagina e glutamina) em suas
cadeias laterais. Estes não apresentam carga, mas podem formar pontes de hidrogênio
com outros resíduos ou solventes.
ABSORÇÃO DE LUZ PORMOLÉCULAS
Muitas moléculas absorvem a luz em comprimentos de onda específicos. A medida da absorção
de luz por um espectrofotômetro é utilizada para detectar e identificar moléculas e para
determinar suas concentrações em solução.
Quando a luz passa por uma solução, parte dela é absorvida pela substância presente e o
restante é transmitido.
Quando duas moléculas de cisteína estão próximas uma da outra pode ocorrer uma ligação
dissulfeto - o produto dessa reação é a cistina
Os resíduos ligados por ligações dissulfeto são fortemente hidrofóbicos (apolares),
04. CARREGADOS NEGATIVAMENTE (aspartato e glutamato)
Possui nas cadeias laterais, grupos com carga elétrica líquida ou grupos com cargas
residuais negativas, que os capacitam a interagir com a água. São geralmente encontrados
na superfície da molécula.
05. CARREGADOS POSITIVAMENTE (lisina, arginina e histidina)
Possui nas cadeias laterais, grupos com carga elétrica líquida ou grupos com cargas
residuais positivas, que os capacitam a interagir com a água. São geralmente encontrados
na superfície da molécula.
AMINOÁCIDOS INCOMUNS EM PROTEÍNAS
Algumas proteínas contêm aminoácidos incomuns formados por modificação de resíduos
após a sua síntese. Entre eles, destacam-se:
Ácido y-carboxiglutâmico - aminoácido ligado ao cálcio, encontrado na
protrombina (uma proteína da cascata de coagulação sanguínea)
Hidroxiprolina e hidroxilisina - são produtos da hidroxilação da prolina e lisina
(componentes estruturais do colágeno)
AMINOÁCIDOS BIOLOGICAMENTE ATIVOS
Além da função primária de constituir as proteínas, os aminoácidos podem ser
responsáveis por atuar como:
Mensageiros - a glicina, GABA (ácido y-aminobutírico derivado do glutamato),
serotonina e melatonina (derivados do triptofano) atuam como neurotransmissores
(liberados de uma célula que influenciam outras células vizinhas) enquanto a tiroxina e o
ácido indolacético (derivado do triptofano) são exemplos de hormônios
Precursores de moléculas complexas como as bases nitrogenadas dos nucleotídeos,
o heme e a clorofila
Intermediários metabólicos - como a arginina, citrulina e ornitina encontrados no
ciclo da ureia
PEPTÍDEOS SÃO CADEIAS DE AMINOÁCIDOS
O tripeptídeo glutationa (GSH) no qual o grupo y-carboxílico participa da ligação peptídica
e não o a-carboxílico. Encontrado em quase todos os organismos, a glutationa está
envolvida em diferentes processos, tais como, síntese de proteínas e DNA, transporte de
aminoácidos e metabolismo de fármacos e substâncias tóxicas.
A glutationa também atua como agente redutor e protege as células dos efeitos destrutivos
da oxidação por reação com substâncias como o peróxido, que são metabólitos reativos do
O2.
- Nos eritrócitos. quando o ferro da hemoglobina é oxidado (passa da forma ferrosa
Fe2+ para a forma férrica Fe3+), resulta na formação de metahemoglobina, forma
incapaz de se ligar ao oxigênio, em níveis elevados, a presença de metemoglobina
pode reduzir a capacidade do sangue de transportar oxigênio, levando a uma
condição conhecida como metahemoglobinemia. - A glutationa protege contra a
formação de metahemoglobina pela redução do peróxido de hidrogênio (H2O2) que
é gerado durante o metabolismo normal das células. catalisada pela enzima
glutationa−peroxidase.
A enzima y-glutamil-transpeptidase (GGT) desempenha um papel fundamental no
metabolismo da glutationa, presente em altas concentrações no fígado. quando há uma
lesão ou doença hepática, os níveis da GGT na circulação é aumentada, tornando-se um
marcador sensível em disfunções hepáticas.
PROTEÍNAS
Muitas proteínas contém apenas resíduos de aminoácidos enquanto outras podem estar
associadas a outros componentes químicos inorgânicos permanentes, chamados de grupo
prostético
ESTRUTURA DE PROTEÍNAS
As proteínas são diferenciadas funcionalmente de acordo com a sua estrutura - a estrutura
das proteínas são descrita em níveis de complexidade sendo:
ESTRUTURA PRIMÁRIA - cadeia linear de aminoácidos ligados covalentemente
entre si entre o grupo α−COOH de um aminoácido com o grupo α−NH2 de outro, com a
remoção daágua, para formar ligações peptídicas.
- Após incorporação dos peptídeos, os aminoácidos individuais são denominados
resíduos de aminoácidos.
A estrutura que contém dois resíduos de aminoácidos é chamada dipeptídeo; com três
aminoácidos tripeptídeo, etc. Quando um grande número de aminoácidos estão unidos
dessa forma, o produto é denominado polipeptídeo. Por convenção, diz que as proteínas
são formadas através da ligação de mais de 100 aminoácidos.
- A estrutura primária da proteína (a sequência de aminoácidos) determina a forma
que ela adquirirá na estrutura terciária.
ESTRUTURA SECUNDÁRIA - arranjo local da cadeia polipeptídica em padrões
como hélices (estrutura) ou folha beta (cadeias polipeptídicas alinhadas lado a lado) –
estabilizadas por ligações de hidrogênio formadas entre o oxigenio da carboxila e o
hidrogenio do grupo amino adjacente
- As pontes de hidrogênio são essenciais para a estabilização da estrutura, mesmo
sendo relativamente fracas a presença de muitas pontes ao longo da cadeia da uma
grande estabilidade
Hélice
as pontes de hidrogênio se formam entre o grupo C=O de uma ligação peptídica e o grupo
N-H de outra ligação peptídica de um resíduo que está quatro posições à frente
- As cadeias laterais R dos aminoácidos projetam-se para fora da hélice.
Folha B-Pregueada
As ligações de hidrogênio se formam entre diferentes cadeias polipeptídicas adjacentes. As
cadeias laterais se projetam alternadamente acima e abaixo do plano da folha.
A folha-beta é formada pela presença de aminoácidos como prolina e hidroxiprolina
ESTRUTURA TERCIÁRIA - Conformação tridimensional que uma cadeia
polipeptídica adquire quando está enovelada (dobrada), sendo biologicamente ativa
(funcional).
O dobramento das proteínas resulta em uma estrutura compacta, onde o interior da
proteína é hidrofóbico e o exterior é hidrofílico, permitindo interações com o meio aquoso.
Isso também permite que as cadeias laterais polares e não polares interajam entre si,
criando uma estabilidade estrutural.
Algumas proteínas são organizadas em várias regiões compactas chamadas domínios, esses
domínios são unidades funcionais, formadas por 30 a 400 resíduos que apresentam
funções específicas
estabilização da estrutura terciária
01. interações hidrofóbicas - interação não covalente que ocorre entre as cadeias
laterais hidrofóbicas a fim de minimizar seus contatos com a água, quando
circundados por moléculas de água, os grupos hidrofóbicos são induzidos a se
juntarem para ocupar o menor volume possível
02. interações eletrostáticas (ligações iônicas/pontes salinas) - associação de dois
grupos iônicos de cargas opostas
03. ponte dissulfeto - ocorre entre resíduos de cisteína, mais especificamente entre o
grupo sulfidrilo (-SH), quando duas moléculas de cisteína se aproximam, cada uma
delas perde seus átomos de hidrogênio e forma uma ponte dissulfeto. Essa reação
de oxidação resulta na formação de uma nova molécula chamada cistina. Essa
ligação é responsável pela estabilização da estrutura tridimensional
única interação covalente presente na estrutura terciária. No meio extracelular, essas
ligações protegem parcialmente a estrutura das proteínas de modificações adversas de pH
e das concentrações de sais.
04. pontes de hidrogênio
05. forças de Van der Waals - força de atração que ocorre quando há a formação de um
dipolo induzido temporário
ESTRUTURA QUATERNÁRIA - É a interação entre várias cadeias polipeptídicas
que se unem para formar uma proteína funcional.
- Podendo formar estruturas diméricas (duas subunidades), triméricas (três
subunidades) ou multiméricas (mais de três subunidades)
PROTEÍNAS CHAPERONAS
São um tipo de proteína especializadas que auxiliam o correto dobramento e montagem de
outras proteínas
DESNATURAÇÃO
É o processo de alteração da conformação tridimensional das proteínas (quaternária,
terciária e secundária) sem romper as ligações peptídicas (primária). Como a estrutura
tridimensional específica das proteínas é fundamental para o exercício de suas funções,
alterações estruturais provocadas pela desnaturação ocasionam a perda parcial ou
completa das suas funções biológicas.
➢ Renaturação pode ocorrer, em alguns casos, quando o agente desnaturante é
removido, permitindo que a proteína recupere sua forma e função.
Condições que causam desnaturação:
1. Ácidos e bases fortes: Alteram o pH, mudando o estado iônico das cadeias laterais,
interferindo nas pontas de hidrogênio e salinas, causando precipitação da proteína.
2. Solventes orgânicos: Interferem nas interações hidrofóbicas, modificando as
interações das cadeias laterais e rompendo a estrutura da proteína.
3. Detergentes: Rompem as interações hidrofóbicas e podem desenrolar as cadeias
polipeptídicas.
4. Agentes redutores: Reduzem as pontes de dissulfeto e rompem pontes de
hidrogênio e interações hidrofóbicas.
5. Concentração de sais: A presença de altos níveis de sal desestabiliza as interações
de cargas opostas e causa precipitação.
6. Íons de metais pesados: Metais como mercúrio e chumbo rompem pontes salinas e
ligam-se a grupos sulfidrílicos, prejudicando a estrutura e função da proteína.
7. Aumento de temperatura: Eleva a vibração molecular, rompendo interações fracas
como pontes de hidrogênio, alterando a conformação.
8. Estresse mecânico: Agitação ou trituração física pode romper as interações que
mantêm a estrutura, como observado na clara do ovo batida.
PROTEÍNAS FIBROSAS
Geralmente apresentam altas proporções de estruturas secundárias (a-helices ou folhas
b-pregueadas). Estas proteínas compõem os materiais estruturais de órgãos e tecidos,
dando a eles elasticidade e/ou resistência. Em geral, são pouco solúveis em água devido a
presença elevada de aminoácidos hidrofóbicos
COLÁGENO
É a proteína mais abundante em vertebrados, sendo componente essencial no tecido
conjuntivo compondo a matriz óssea, pele, tendões, cartilagens, córneas, vasos sanguíneos,
dentes e etc.
Sintetizado pelo tecido conjuntivo, o colágeno é uma proteína extracelular pouco solúvel
em água e organizada em fibras de grande resistência. Cada molécula de colágeno é
constituída de três cadeias polipeptídicas sendo elas: glicina, prolina e hidroxiprolina,
enroladas uma na outra.
A síntese do colágeno inicia com a produção de pre-colágeno no retículo das células
fibroblastos, essa estrutura sofre modificações pós-traducionais para se tornar
procolágeno, em seguida é transportado para o aparelho de Golgi, onde ocorre a adição de
carboidratos e outras modificações. Finalmente, o procolágeno é secretado para o espaço
extracelular, onde é convertido em tropocolágeno e forma fibras de colágeno.
modificações pós-traducionais:
- hidroxilação - adição de hidroxila aos resíduos de prolina e lisina (essa reação
requer vitamina c como cofator)
- oxidação - processos que ajudam na formação de ligações cruzadas entre as cadeias
- condensação aldólica e redução - processos que contribuem para a estabilidade da
estrutura
- glicosilação - adição de carboidratos
As ligações cruzadas covalentes do colágeno, formadas a partir da oxidação da lisina e a
subsequente reação do grupo aldeído com outros resíduos de lisina, são cruciais para a
estabilidade e resistência das fibras de colágeno
Na deficiência de vitamina C, o tropocolágeno não forma as ligações cruzadas covalentes.
O resultado é o escorbuto, uma doença nutricional cujos sintomas são: descolorações da
pele, fragilidade dos vasos sangüíneos, hemorragia gengival e, em casos extremos, a morte.
CLASSIFICAÇÃO DE ACORDO COM A SUA FUNCIONALIDADE
PROTEÍNAS CATALÍTICAS - ENZIMAS
Atuam como catalisadores biológicos, ou seja, aceleram as reações químicas no
organismo. As moléculas que sofrem a ação enzimática são chamadas de substratos e
aquelas produzidas em decorrência da reação são os produtos. Como todo catalisador, as
enzimas agem de modo a reduzir a energia de ativação para uma dada reação, e como
resultado disso, os produtos são formados de maneira mais rápida
➢ Moléculas de ácido ribonucleico, denominadasribozimas também exercem
atividade catalítica
➢ A maioria das enzimas é altamente específica tanto para o tipo de reação catalisada
quanto para a natureza do(s) substrato(s)
As enzimas possuem um sítio ativo, que é o local onde a reação química ocorre. Esse sítio
é composto por aminoácidos específicos, formando cadeias responsáveis pela ligação ao
substrato e cadeias responsáveis pela reação catalítica
➢ O sítio ativo interagem também com os cofatores
algumas enzimas possuem um sítio alostérico afastado do sitio ativo, responsável pela
ligação de moléculas que alteram a conformação do sítio ativo, aumentando ou reduzindo
a atividade enzimática
A maioria das enzimas, só desempenham sua função catalítica quando associada a
cofatores e coenzimas frequentemente derivadas de vitaminas
a enzima é cataliticamente ativa quando forma um complexo denominado holoenzima
(apoenzima + cofator)
- apoenzima se refere a parte proteica da enzima
MECANISMO DE AÇÃO DAS ENZIMAS PELOS QUAIS ELA REDUZ A ENERGIA DE
ATIVAÇÃO
Para que ocorra a reação, o substrato deve colidir com orientação apropriada e com a
quantidade de energia necessária para formar o complexo ativado - estado de transição.
Para atingir esse estado de transição, necessita-se de uma quantidade de energia definida
como energia de ativação. Em condições fisiológicas as enzimas consumir reduzir a energia
necessária para ativação
- Os catalisadores aumentam a velocidade da reação reduzindo a energia necessária
para ativação
- O substrato se liga ao sítio ativo através de ligações não-covalentes
MODELO DE INTERAÇÃO COMO SUBSTRATO
Modelo chave-fechadura : A enzima (chave) deve se encaixar perfeitamente em seu
substrato (fechadura). Isso explicava a especificidade das enzimas, ou seja, por que cada
enzima reage com apenas alguns substratos específicos.
Contrapartidas:
- Não explica a liberação dos produtos e exigiria uma energia maior
- Não explica como a enzima acomoda os produtos da reação antes de libera-los
Modelo de encaixe induzido: Koshland propôs que o sítio ativo é flexível e se ajusta ao
substrato à medida que este se aproxima do mesmo modo que o substrato também pode se
ajustar ao sitio ativo da enzima
FATORES QUE INFLUENCIAM A ATIVIDADE ENZIMÁTICA
- Temperatura - Em reações catalisadas por enzimas, a velocidade é acelerada pelo
aumento da temperatura até atingir uma temperatura ótima na qual a enzima opera
com a máxima eficiência. Acima dessa temperatura, a atividade das enzimas declina
abruptamente por desnaturação proteica.
- pH - A concentração de íons hidrogênio afeta as enzimas de vários modos.
Primeiro, o grupo amino em pH fisiológico se encontra protonado, em pH alcalino o
grupo pode perder seu próton. Segundo. se o substrato conter grupos ionizáveis,
pode ocorrer a modificação da estrutura terciária e a capacidade de ligação será
afetada,
Apesar de algumas enzimas tolerarem grandes mudanças no pH, a maioria delas são ativas
somente em intervalos mais estreitos. Por essa razão, os organismos vivos empregam
tampões que regulam o pH.
- concentração da enzima e substrato - a velocidade de uma reação é proporcional a
quantidade de enzimas e substratos presentes no meio
À medida que a concentração de substrato aumenta, chega-se a um ponto em que todos os
sítios ativos da enzima estão ocupados - enzimas saturadas e a reação atinge sua
velocidade máxima, Nesse ponto, a adição de mais substrato não aumenta a velocidade da
reação, ou seja, a velocidade da reação se torna independente da concentração de
substrato.
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA
Inibidores são substâncias que reduzem a atividade das enzimas, atuando como
reguladores das vias metabólicas. Há dois tipos de inibição enzimática: (1) inibição
reversível - interações não-covalentes entre o inibidor e a enzima, no qual, após a retirada
do inibidor, a atividade enzimática é retomada e (2) inibição irreversível - envolve
modificações químicas da molécula enzimática, levando a uma inativação definitiva.
na inibição reversível são descritas três classes de inibidores:
01. Inibidores competitivos - os inibidores competem diretamente com o substrato
normal pelo sítio ativo das enzimas. sendo estruturalmente semelhantes ao
substrato
- a inibição é revertida pelo aumento da concentração de substrato
02. inibidores não-competitivos - se liga tanto à enzima como ao complexo
enzima-substrato em um sítio diferente do sítio de ligação do substrato. A ligação
do inibidor não bloqueia a ligação do substrato, mas provoca uma modificação da
conformação da enzima que evita a formação de produto.
- reduz a concentração da enzima ativa
03. inibidores incompetitivos - liga-se apenas ao complexo enzima-substrato
originando um complexo inativo. Este não se liga a enzimas livres
As enzimas estão integradas em vias metabólicas que consistem em várias etapas
interconectadas. Os produtos de uma via podem influenciar a atividade de outras vias,
permitindo uma coordenação global do metabolismo celular. Nem todas as vias funcionam
ao mesmo tempo ou em capacidade máxima; ao contrário, elas podem ser ativadas ou
inibidas conforme a necessidade da célula.
APLICAÇÕES CLÍNICAS
→utilizados na dosagem sérica pois estão disponíveis no plasma
INTRODUÇÃO AOMETABOLISMO
os seres vivos podem ser classificados de acordo com a maneira de que obtém energia:
01. autotróficos - capazes de produzir seu próprio alimento a partir de substâncias
inorgânicas, utilizando uma fonte de energia externa:
- Fototroficos - utilizam a luz solar como fonte de energia (fotossíntese)
- quimiotróficos - utilizam a energia de reações químicas envolvendo
compostos inorgânicos (quimiossíntese)
02. Heterotróficos - dependem de fontes externas de matéria orgânica para obter
energia, consumindo outros seres vivos
FORMAS DE ENERGIA UTILIZADAS PELO ORGANISMO
ENERGIA QUÍMICA (FONTE PRIMÁRIA DE ENERGIA)
Os mamíferos extraem energia química das moléculas de nutrientes (carboidratos,
proteínas e lipídios não-esteroides) para realizar suas funções.
- energia armazenada nas ligações de moléculas
A energia liberada nos processos de quebra de moléculas dos nutrientes orgânicos é
conservada na forma de ATP (adenosina trifosfato) e NADPH (nicotinamida adenina
dinucleotídeo fosfato)
A biossíntese de macromoléculas é realizada a partir de precursores mais simples - ácidos
nucleicos a partir de nucleotídeos, proteínas a partir de aminoácidos, lipideos a partir de
ácidos graxos e polissacarídeos a partir de monossacarídeos.
ENERGIA ELÉTRICA
gerada por potenciais de ação, que são diferenças de voltagem entre o interior eo exterior
das células excitáveis
ENERGIA MECÂNICA
A energia química do ATP é convertida em energia mecânica pelas proteínas motoras,
como a miosina nas células musculares - contração muscular
ENERGIA TÉRMICA
Embora o calor não seja uma forma de energia diretamente utilizável para realizar trabalho
celular, ele é importante para manter a temperatura corporal em níveis adequados para o
funcionamento das enzimas e processos bioquímicos
ENERGIA PROTONICA
A uma formação de gradientes eletroquímicos de prótons ao longo de uma membrana
biológica, no qual, gera energia química utilizada na produção de energia química. Esse
gradiente de prótons é gerado durante processos como a fosforilação oxidativa
TERMODINÂMICA
Nos ajuda a entender como a energia é e como ela se transforma. A Bioenergética é o ramo
da termodinâmica que trata especificamente de como as células vivas gerenciam a
energia, ou seja, como as reações metabólicas produzem e utilizam energia para manter a
vida.
- Primeira lei: princípio da conservação de energia - a energia não pode ser criada
nem destruída, apenas transformada.
- Segunda lei: entropia - todos os sistemas têm tendência a se desorganizar ao longo
do tempo (reação espontânea). Por isso, os seres vivos precisam de uma entrada
constante de energia para manter a ordem dentro das células.
Existem três fatores principais que controlam como as reações químicas acontecem nos
seres vivos:
- ENTALPIA- é a energia térmica envolvida em uma reação ou processo químico, a
variação de entalpia determinará se estamos lidando com uma reação que libera
(reação exotérmica) ou absorve calor (reação endotérmica)
➢ reflete o número e os tipos de ligações químicas nos reagentes e produtos.
- ENTROPIA- como já dito, se refere a desorganização do sistema no qual o corpo
utiliza da energia para manter a ordem
- ENERGIA LIVRE - energia que pode ser utilizada para a (1) realização de trabalho
mecânico na contração muscular e outros movimentos celulares, (2) transporte
ativo de moléculas e íons e (3) síntese de macromoléculas e outras biomoléculas a
partir de precursores simples.
Se a reação libera energia livre (exergônico). Se a reação ganha energia livre (só ocorre por
meio de fornecimento de energia) é dito endergônico.
Uma reação exergônica é espontânea porque não precisa de energia extra para ocorrer;
ela já possui energia suficiente para se conduzir de forma natural e liberar energia ao longo
do processo.
VIAS METABÓLICAS
ANABOLISMO - processos biossintéticos onde moléculas pequenas e simples (como
aminoácidos, açúcares e nucleotídeos) são usadas para construir moléculas maiores e mais
complexas, como proteínas, lipídios, ácidos nucléicos e carboidratos.
São processos endergônicos e redutivos que necessitam de fornecimento de energia.
CATABOLISMO - São os processos de degradação das moléculas orgânicas
nutrientes e dos constituintes celulares que são convertidos em produtos mais simples com
a liberação de energia. As vias catabólicas são processos exergônicos e oxidativos.
PRIMEIRO ESTÁGIO DO CATABOLISMO - macromoléculas são quebradas em unidades
menores
SEGUNDO ESTÁGIO DO CATABOLISMO - os produtos do primeiro estágio são
transformados em unidades simples como o acetil-CoA (acetil coenzima A)
TERCEIRO ESTÁGIO - o acetil-CoA é oxidado no ciclo do ácido cítrico a CO2, enquanto as
coenzimas NAD+ e FAD+ são reduzidas para formar três NADH e um FADH2. As coenzimas
reduzidas transferem seus elétrons para o O2 através da cadeia mitocondrial
transportadora de elétrons, produzindo H2O e ATP em um processo denominado
fosforilação oxidativa.
O ATP é o doador de energia livre para os processos endergônicos. O NADPH é o principal
doador de elétrons nas biossínteses redutoras.
CARBOIDRATOS
Os carboidratos (glicídios ou sacarídeos) são as principais fontes alimentares para
produção de energia, além de exercerem inúmeras funções estruturais e metabólicas nos
organismos vivos. São substâncias que contêm carbono, hidrogênio e oxigênio. São
classificados como: monossacarídeos, dissacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos de
acordo com o número de unidades de açúcares simples que contém.
MONOSSACARÍDEOS
Os monossacarídeos (oses ou açúcares simples) são as unidades básicas dos carboidratos,
contendo de 3 a 9 átomos de carbono.
Trioses - gliceraldeído e diidroxiacetona
Os monossacarídeos são classificados de acordo com a natureza química do grupo
carbonila (C=O) e pelo número de seus átomos de carbono (4 C são tetroses, 5 C são
pentoses, 6 C são hexoses etc). Os que têm grupos aldeídicos (grupos carbonila na
extremidade ligado a um hidrogênio) são aldoses e os que têm grupos cetônicos (grupo
carbonila no carbono 2’), formam as cetoses.
Os monossacarídeos, com exceção da dihidroxiacetona, possuem pelo menos um átomo
de carbono assimétrico (também chamado de quiral) responsável por originar
estereoisômeros, ou seja, moléculas que têm a mesma fórmula química, mas diferem na
disposição espacial
A classificação como D ou L é baseada na posição do grupo hidroxila (-OH) no centro
quiral mais distante do grupo funcional carbonila (C=O), que está no carbono 1 (C1) nas
aldoses ou no carbono 2 (C2) nas cetoses.
- Se o grupo OH no centro quiral estiver a direita, o açúcar pertence à série D
- Se o grupo OH estiver a esquerda, pertence a série L
Estereoisômeros que não se sobrepõem são denominados enantiômeros como a D-glicose
e L-glicose, enquanto aqueles que diferem em mais um carbono quiral, mas não em todos
são chamados diastereoisômeros como a D-ribose e D-arabinose
Em solução aquosa, menos de 1% das aldoses e cetoses se apresentam como estruturas de
cadeia aberta (acíclica), Os monossacarídeos com cinco ou mais átomos de carbono
ciclizam-se, formando anéis pela reação de grupos alcoólicos (OH) com os grupos
carbonila dos aldeídos e das cetonas para formar hemiacetais e hemicetais- tornando-os
mais estáveis.
Por ciclização, os monossacarídeos com mais de cinco átomos de carbono não apresentam
o grupo carbonila livre, pois se encontram ligados covalentemente a um grupo hidroxila
(OH-) presentes ao longo da sua cadeia, criando um novo carbono quiral (central),
chamado carbono anomérico. Este carbono anomérico pode adotar duas configurações
possíveis, resultando em dois anômeros que diferem apenas na posição do grupo -OH no
carbono anomérico.
α-D-glicose: O grupo hidroxila (-OH) ligado ao carbono anomérico C1 está abaixo
do plano do anel
β-D-glicose: O grupo - OH ligado ao C1 está acima do plano do anel.
Poder de mutarrotação: Interconversão das formas α e β em solução, provocando variações
no desvio de luz polarizada.
classificação de acordo com o tipo de anel formado
Piranoses: São estruturas cíclicas de seis membros (5 carbonos e 1 oxigênio), que
ocorrem em açúcares como a glicose
Furanoses: São estruturas cíclicas de cinco membros (4 carbonos e 1 oxigênio),
que aparecem em aldopentoses como a ribose e em cetohexoses como a frutose
AÇÚCAR REDUTOR - Se esse carbono anomérico se encontra livre, ele pode
alternar entre a forma cíclica e a forma aberta (linear), portanto, na forma aberta o grupo
carbonila (aldeído ou cetose) pode ser oxidado
AÇÚCAR NÃO REDUTOR - quando o carbono anomérico se encontra ligado, a
forma cíclica é permanente e portanto, não pode ser oxidado
DERIVADOS DEMONOSSACARÍDEOS
Os açúcares simples podem ser convertidos em outros compostos, muitos deles são
componentes metabólicos e estruturais dos seres vivos
ÁCIDO URÔNICO - formados a partir da oxidação do grupo terminal (-CH2OH) de um
açúcar, que é então transformado em ácido carboxílico (-COOH)
Ácido D-glicurônico (derivado da glicose) - nos hepatócitos (células do fígado), esse
ácido se liga a moléculas como esteroides, alguns fármacos e bilirrubina (produto da
degradação da hemoglobina), aumentando a solubilidade destas e facilitando sua excreção
seja pela urina ou pela bile
AMINOAÇÚCARES - nestes, um grupo hidroxila (OH-) geralmente no carbono 2, é
substituído por um grupo amino (NH2), aumentando sua polaridade e potencial de formar
ligações com outras moléculas
D-glicosamina - componentes do tecido conjuntivo, da cartilagem e do líquido
sinovial nas articulações.
D-Galactosamina - É um componente comum de glicoproteínas, como as que estão
envolvidas no reconhecimento celular e na resposta imune.
DESOXIAÇÚCARES - formados a partir da substituição do grupo hidroxila (-OH) por um
átomo de hidrogênio.
2-desoxi-D-ribose - componente do DNA
L-fucose - encontrada nas glicoproteínas que determinam os antígenos do sistema
ABO de grupos sangüíneos na superfície dos eritrócitos.
DISSACARÍDEOS
Os monossacarídeos podem se ligar entre si através de ligações glicosídicas entre o grupo
hidroxila de uma molécula com o átomo de carbono anomérico de outra molécula, para
formar moléculas maiores.
sendo eles:
- MALTOSE (GLICOSE+GLICOSE)
- SACAROSE (GLICOSE-FRUTOSE) extraído da cana
- LACTOSE (GALACTOSE+GLICOSE)
POLISSACARÍDEOS
METABOLISMO DOS CARBOIDRATOS
A glicose fornecida pela ingestão de carboidratos, é utilizado por diferentes vias:
01. Pode ser convertida em duas moléculas de piruvato (ou lactato), que serão
degradadas posteriormente para produção de energia pela via glicolítica
02. Na glicogênese a glicose que não é necessária para imediata produção de energia
pode ser armazenada na forma de glicogênio no músculo e quando necessário
fornece energia através da sua conversão para glicose pela via glicogenólise
03. A gliconeogênesepode sintetizar glicose a partir de precursores não-carboidratos
Para que seja possível a absorção dos carboidratos pelo organismo, se faz necessário a
quebra das macromoléculas em seus componentes monossacarídeos. As quebras ocorrem
seqüencialmente em diferentes pontos no trato gastrointestinal;
- α-amilase salivar - digestão inicia durante a mastigação com a quebra das ligações
glicosídicas pela enzima amilase salivar (ptialina), liberando maltose e
oligossacarídeos
- α-amilase pancreática - O amido e o glicogênio são hidrolisados no duodeno em
presença da α-amilase pancreática que produz maltose como produto principal e
oligossacarídeos chamados dextrinas
- A hidrólise final da maltose e dextrina é realizada pela maltase e a dextrinase,
presentes na superfície das células epiteliais do intestino delgado. Outras enzimas
também atuam na superfície das células intestinais:
Isomaltose + H2O —-------→ 2 Glicose
Sacarose + H2O —-------→ Frutose + Glicose
Lactose + H2O —---------→ Galactose + Glicose
Após a absorção, a glicose no sangue aumenta e as células β das ilhotas pancreáticas
secretam insulina que estimula a captação de glicose principalmente pelos tecidos
adiposo e muscular. O fígado, o cérebro e os eritrócitos, não necessitam de insulina para
captação de glicose por suas células
GLICÓLISE / VIA DE EMBDEN-MEYERHOF-PARNAS
É a via central do catabolismo da glicose em uma sequência de dez reações enzimáticas que
ocorrem no citosol das células. Onde são formadas duas moléculas de piruvato e parte da
energia liberada é conservada na forma de ATP e de NADH. Em dois estágios:
1. Primeiro estágio (fase
preparatória) - na última etapa desse estágio a
a molécula de glicose é convertida em duas
moléculas de gliceraldeído-3-fosfato através
da fosforilação da molécula por duas moléculas
de ATP catalisadas pelas enzimas hexocinase e
fosfofrutocinase
A glicose-6-fosfato é um intermediário de
várias rotas metabólicas como:
- A glicose livre (que circula no sangue até os tecidos periféricos) é obtida a partir da
hidrólise da glicose-6-fosfato - sendo essencial na manutenção dos níveis
glicêmicos
A enzima PFK-1 (fosfofrutocinase-1) é a principal reguladora da glicólise, esta apresenta
um papel fundamental na regulação dos níveis glicêmicos no fígado - a atividade da PFK-1 é
aumenta com a liberação da insulina e diminuída em resposta ao glucagon.
A presença de frutose-2,6-bifosfato ativa a atividade da PFK-1. Quando os níveis de glicose
sanguínea estão elevados, a insulina eleva os teores de frutose-2,6,difosfato que induz a
atividade da PFK-1 ativando a glicólise e inibindo a enzima que catalisa a reação reversa a
frutose-1,6-bifosfatase importante na via gliconeogênese
O substrato gliceraldeído-3-fosfato é essencial também na biossíntese de triacilgliceróis e
fosfolipídios
Segundo estágio (fase de pagamento) - as duas moléculas de
gliceraldeído-3-fosfato formadas anteriormente são oxidadas pelo NAD+ e fosforiladas
por duas moléculas de fosfato inorgânico
glicose + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ = 2 piruvato + 2 NADH + 2 H+ + 4 ATP + 2 H2O
O NADH formado
necessita ser reoxidado
para a continuação da
via glicolítica, que pode
ocorrer por duas vias:
oxidação pela cadeia
mitocondrial
transportadora de
elétrons (metabolismo
aeróbio) ou pela
transformação do
piruvato em lactato
(metabolismo
anaeróbio)
A partir do
1,3-bifosfoglicerato é
sintetizado o
2,3-bifosfoglicerato -
presente nos eritrócitos
responsável por regular a ligação do oxigênio a hemoglobina
Nessa etapa ocorre a produção de quatro moléculas de ATP a partir da transferência
direta de fosfato do substrato para o ATP em ausência de oxigênio - fosforilação ao nível
do substrato. Porém devido ao gasto energético na primeira fase, é dito que o ganho
líquido de ATP é de duas moléculas
REDUÇÃO DO PIRUVATO EM LACTATO
Em condições de baixo suprimento de oxigênio (hipóxia) ou em células sem mitocôndrias
(eritrócitos), o produto final da glicólise é o lactato em um processo denominado glicólise
anaeróbica,
Na fermentação láctica o ácido pirúvico é reduzido (ganhou H +) a partir dos carreadores
NADH+H para formar o ácido lático através da enzima lactato desidrogenase LDH
- O NADH utilizado na redução é gerado durante a glicólise na oxidação do
gliceraldeído-3-fosfato
PIRUVATO + NADH = LACTATO + NAD+
Essa regeneração de NAD + permite que a glicólise continue acontecendo e produzindo ATP
(mesmo que menos eficiente) na ausência de oxigênio. O lactato produzido se difunde para
o sangue e é transportado até o fígado onde é convertido novamente em glicose.
REGULAÇÃO DA GLICÓLISE
A glicólise é uma via responsável não só pela geração de energia na forma de ATP mas
também na produção de vários intermediários de outras vias metabólicas. Sua regulação é
dada em pontos chaves de acordo com a necessidade do organismo pelas principais
enzimas: hexoquinase, fosfofrutoquinase-1 e piruvato cinase - a reação catalisada por essas
enzimas são irreversíveis e podem ser ativadas ou inibidas por efetores alostéricos
(regulação pela ligação de substâncias ao sítios alostéricos).
- A alta concentração de AMP indica baixa produção de energia estimulando a
atividade da PFK-1 e a piruvato cinase
- Alta concentração de ATP, citrato e acetil CoA indica que as necessidades
energéticas da célula foram atendidas inibindo a atividade das enzimas
- A produção de frutose-2,6-bifosfato produzida por induçao da PFK2 é um indicador
de altas concentrações de glicose
- Após uma refeição rica em carboidratos, a insulina promove o aumento na síntese
das enzimas glicocinase, fosfofrutocinase−1 e Piruvato cinase. Por outro lado, a
síntese dessas mesmas enzimas é reduzida quando o glucagon plasmático está
aumentado e a insulina reduzida, como no jejum ou diabetes.
DESTINO DO PIRUVATO
GLICOGÊNESE
É a síntese intracelular de glicogênio - polímero de glicose, atuando como
armazenamento de energia. Esse processo ocorre em vários tecidos porém os dois maiores
depósitos se encontram no fígado e nos músculos esqueléticos
- glicogênio hepático - libera glicose regulando os níveis de glicose sanguínea.
Acumulando após uma refeição e degrada lentamente para manter a concentração
de glicose constante quando os níveis de glicose no sangue caem
- glicogênio muscular - durante atividades físicas o glicogênio é convertido em
glicose-6-fosfato para que possa ocorrer a glicólise, sendo formado durante o
repouso após as refeições
Esse processo se inicia na conversão de glicose em glicose-6-fosfato catalisada pela enzima
hexoquinase nos músculos e pela glicoquinase no fígado, é então convertida em
glicose-1-fosfato que se combina com a uridina trifosfato (UTP), formando a UDP-glicose
liberando pirofosfato (PPi) - essa forma de glicose ativada é capaz de doar unidades de
glicose para a cadeia de glicogênio em crescimento.
O início da incorporação da glicose se dá pela enzima glicogenina responsável por catalisar
a adição das primeiras moléculas de glicose a si mesma, utilizando a UDP-glicose como
doadora de glicose - a cadeia inicial conta com cerca de 8 resíduos de glicose - A partir daí
o glicogênio sintase é responsável pela incorporação da glicose a cadeia
GLICOGENÓLISE
GLICONEOGÊNESE
Consiste na síntese de glicose no fígado e em menor grau nos rins, a partir de precursores
não-carboidrato incluindo o lactato, piruvato, glicerol e cadeias de aminoácidos. Essa via é
uma alternativa quando o estoque de glicogênio hepático é esgotado.
A gliconeogênese consiste em uma série de reações semelhantes às reações de glicólise,
porém, no sentido inverso e como algumas reações da glicólise são irreversíveis, a
gliconeogênese utiliza diferentes enzimas para contornar essas reações, como:
- CONVERSÃO DO PIRUVATO EM FOSFOENOLPIRUVATO (PEP)
O piruvato entra na mitocôndria, onde será convertido em oxaloacetato pela
piruvato-carboxilase através da adição de CO2 proveniente da coenzima biotina que carrea
bicarbonato responsável por fornecer CO2 a reação e energia oriunda do ATP.
Como o oxaloacetato não consegueatravessar a membrana mitocondrial, ele é reduzido a
malato pela malato-desidrogenase que sera transportado ate o citosol, onde é oxidado
novamente a oxaloacetato.
No citosol, o oxaloacetato é convertido em PEP pela fosfoenolpiruvato-carboxicinase
(PEPCK) usando GTP como fonte de energia e liberando CO2
Após a formação do PEP, as etapas seguintes da gliconeogênese são idênticas às etapas
reversíveis da glicólise, mas ocorrem no sentido contrário
- CONVERSÃO DA FRUTOSE-1,6-BIFOSFATO EM FRUTOSE-6-FOSFATO
Catalisada pela enzima frutose-1,6-bifosfato que realiza a desfosforilação da
frutose-1,6-bifosfato produzindo frutose-6-fosfato liberando fosfato inorganico
A frutose-6-fosfato é convertida em glicose-6-fosfato por uma ocorrência reversível,
catalisada pela enzima fosfoglicose isomerase,
A última ocorrência irreversível contornada é a fosforilação da glicose catalisada pela
hexoquinase na glicólise. Na gliconeogênese, para que a glicose-6-fosfato seja convertida
em glicose, entra em ação a glicose-6-fosfatase , que remove o fosfato da glicose-6-fosfato,
liberando glicose.
- a glicose-6-fosfatase é encontrada somente no fígado e rim, que catalisa a hidrólise
reversível da glicose-6-fosfato em glicose
Esse processo de gliconeogênese demanda muita energia (no mínimo seis ATP). Quando
esse processo ocorre em alta velocidade, ela consome cerca de 60% do ATP produzido no
fígado. Esse ATP vem principalmente da oxidação de ácidos graxos. Provenientes do tecido
adiposo transportados até o fígado, onde serão oxidados para gerar ATP e corpos cetônicos
VIA DAS PENTOSES FOSFATO
Via alternativa a glicólise para a oxidação da glicose que não requer e não produz ATP,
formando NADPH (nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato reduzido) sendo um agente
redutor empregado em processos anabólicos e ribose-5-fosfato sendo um componente
estrutural de nucleotídeos e ácidos nucleicos.
Esse processo é dividido em duas fases:
FASE OXIDATIVA - ocorre a oxidação da glicose-6-fosfato através da redução de 2
NADP+ a 2 NADPH pela enzima glicose-6-fosfato desidrogenase formando como produto
final a ribulose-5-fosfato liberando CO2
- a deficiência dessa enzima nos eritrócitos provoca anemia
A NADPH é essencial para processos redutores como na biossíntese de lipídeos e
mecanismos antioxidantes, sendo uma reação muito ativa em células que produzem grande
quantidade de lipídeos
FASE NÃO-OXIDATIVA - essa fase permite a conversão entre pentoses, permitindo a
flexibilidade para atender as demandas células no qual ocorre a conversão da
ribulose-5-fosfato em ribose-5-fosfato (essencial na síntese de nucleotídeos e ácidos
nucleicos) ou em xilulose-5-fosfato que com auxílio das enzimas transcetolase e
transaldolase pode formar intermediários para a glicólise caso a célula não precise das
pentoses para síntese de nucleotídeos
CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO | CICLO DE KREBS
Consiste na etapa final de oxidação dos combustíveis metabólicos, nos quais, os
carboidratos (principalmente glicose), ácidos graxos e aminoácidos são metabolizados para
formar o acetil-CoA, que é a molécula precursora para a entrada no ciclo, onde no final do
processo serão formados duas moléculas de CO2, com a conservação de energia livre em
três moléculas de NADH e uma FADH2 (quais serão oxidados e seus elétrons são conduzidos
pela cadeia mitocondrial transportadora de elétrons com a liberação de energia na forma
de ATP em um processo denominado fosforilação oxidativa) e um composto de alta energia
(GTP ou ATP) .
Além da geração de energia, o ciclo também é responsável por formar monômeros para a
síntese de macromoléculas e aminoácidos não-essenciais
OXIDAÇÃO DO PIRUVATO A ACETIL-COA E CO2
Sob condições aeróbicas, o piruvato presente na matriz mitocondrial é convertido em
acetil-CoA através da retirada de uma molécula de CO2 e redução do NAD+ a NADH 2
catalisada pelo complexo da piruvato-desidrogenase (EI), diidrolipoil-transacetilase (E2) e a
diidrolipoil-desidrogenase (E3)
01. Descarboxilação do piruvato - catalisado pela E1 liberando
uma molécula de CO2 formando hidroxi-etil ligado ao cofator TPP
02. Oxidação do grupo hidroxi-etil pela E1 (reduzido a grupo
acetil) e transferido para o ácido lipóico que está ligado ao E2
03. O grupo acetil, agora ligado ao ácido lipóico é transferido para
a coenzima A pela ação da E2, formando acetil-CoA
04. Regeneração do ácido lipóico pela E2 para que ela possa
participar de uma nova reação - nessa etapa os elétrons liberados são captados pelo
FAD, formando FADH2
05. Os elétrons de FADH2 são transferido para o NAD+ formando NADH e liberando
FAD
06. O NADH transfere os elétrons para a cadeia mitocondrial transportadora de
elétrons por meio da fosforilação oxidativa
DESTINOS METABÓLICOS DO ACETIL-COA
Os principais destinos metabólicos do acetil−CoA produzido na mitocôndria incluem: (1)
completa oxidação do grupo acetila no ciclo do ácido cítrico para a geração de energia; (2)
conversão do excesso de acetil−CoA em corpos cetônicos no fígado; (3) transferência de
unidades acetila para o citosol com a subseqüente biossíntese de moléculas complexas
como os esteróis e ácidos graxos de cadeia longa.
REAÇÕES DO CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO
01. Condensação do acetil-CoA com o oxaloacetato através da enzima citrato sintase
para formar citrato - essa reação libera a coenzima A que será reciclada para
participar da descarboxilação oxidativa de outra molécula de piruvato
02. isomerização do citrato em isocitrato - o citrato é convertido em isocitrato onde
primeiro forma-se o cis-aconitato e depois isocitrato atraves da enzima aconitase
03. primeira descarboxilação (remoção de CO2) do isocitrato resultando na formação
de alfa-cetoglutarato e produzindo NADH através da enzima isocitrato
desidrogenase
04. segunda descarboxilação do alfa-cetoglutarato em succinil-CoA pela adiçao de
CoA-SH onde há a produção do segundo NADH e liberação da segunda molécula
de CO2 catalisada pelo complexo enzimático α−cetoglutarato−desidrogenase.
05. clivagem do succinil-CoA para formar succinato onde ocorre a liberação de energia
captada pelo GTD formando a GTP em uma fosforilação a nivel do substrato
06. O succinato é oxidado em fumarato, e nesta reação o FAD é reduzido a FADH₂.
07. A molécula de fumarato sofre uma hidratação, adicionando uma molécula de água
para formar o malato.
08. O malato é oxidado a oxaloacetato, regenerando o oxaloacetato inicial necessário
para a entrada de outra molécula de acetil-CoA. Nessa reação, uma molécula de
NAD⁺ é reduzida a NADH.
As moléculas de NADH+H + e FADH2 serão oxidadas na cadeia transportadora de
elétrons, formando moléculas de ATP. A estequiometria para cada molécula é de
aproximadamente NADH=2,5 ATP, FADH2=1,5 ATP e GTP=1 ATP, portanto, podemos dizer
que a cada ciclo podem ser produzidas dez moléculas de ATP
A regulação do ciclo do ácido cítrico consiste na disponibilidade de substratos como acetil
CoA, NAD, FAD e ADP, da demanda de precursores provenientes do ciclo do acido cítrico e
da necessidade de ATP da celula.
A velocidade da reação é influenciada por controles exercidos sobre o complexo enzimatico
piruvato-desidrogenase no qual este é inibido pelos produtos da reação (acetil CoA, ATP e
NADH) e ativado pelos intermediários (CoA, ADP e NAD+)
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
A produção de ATP ocorre de duas maneiras: diretamente (apesar de baixo rendimento)
pela degradação de nutrientes via fosforilação ao nível de substrato e indiretamente, onde
os elétrons liberados da reação de degradação são captados pelas coenzimas NAD+ e FAD+.
Essas coenzimas por sua vez, transferem esses elétrons capturados para a cadeia
transportadora de elétrons, localizada na membrana interna das mitocôndrias, onde por
meio de uma série de reações de oxidação-redução a energia é liberada gradualmente.
Grande parte da energia liberada no sistema bombeia prótons para fora da matriz
mitocondrial, gerando um gradiente eletroquímico de H +. O retorno dos prótons para a
matriz mitocondrial libera energia livre que é canalizada paraa síntese de ATP a partir de
ADP e Pi, por meio da fosforilação oxidativa (maior fonte de ATP nas células eucariontes)
REAÇÕES DE OXIDAÇÃO-REDUÇÃO (REDOX)
Consiste na transferência de elétrons de um redutor (doador de elétrons) para um oxidante
(aceptor de elétrons)
- nenhuma substância pode doar elétrons sem que outra receba
- na transferência de elétrons também pode ser transferidos protons
CADEIA MITOCONDRIAL TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS
Os carreadores formados nas reações anteriores são responsáveis por transferir os elétrons
que capturaram durante as reações para o oxigênio (aceptor final de elétrons) através de
uma série de reações. Na medida que os elétrons são transferidos ao longo da cadeia,
ocorre a liberação de energia livre suficiente para sintetizar ATP a partir do ADP e Pi por
meio da fosforilação oxidativa.
A cadeia é formada por proteinas integrais de membrana associadas a grupos prosteticos
capazes de aceitar ou doar elétrons - onde os elétrons passam de moléculas com menor
potencial de redução para moléculas com maior potencial de redução.
Os componentes que atuam nessa transferência estão localizados na superfície
interna da membrana mitocondrial interna por onde fluem os elétrons provenientes do
NADH e FADH2 para o oxigênio molecular.
Os grupos prostéticos transportadores de elétrons associados aos complexos protéicos são:
nucleotídeos da nicotinamida (NAD+ou NADP+), nucleotídeos da flavina (FMN ou
FAD), ubiquinona (coenzima Q), citocromos e proteínas ferro−enxofre.
Essa passagem ocorre em quatro complexos principais:
- COMPLEXO I (NADH-coenzima Q oxidorredutase) - responsável por transferir
elétrons do NADH para a coenzima Q (ou ubiquinona), ao mesmo tempo em que
bombeia prótons (H⁺) para o espaço intermembrana, contribuindo para a criação do
gradiente de prótons, crucial para a síntese de ATP.
O NADH doa dois elétrons para o Complexo I, sendo oxidado para NAD⁺. Os elétrons
entram no complexo através de um grupo prostético chamado FMN (flavina
mononucleotídeo), que aceita os dois elétrons do NADH e é reduzido para FMNH 2.
Depois de serem transferidos para o FMN, os elétrons passam por uma série de centros de
ferro-enxofre (Fe-S), até chegarem à ubiquinona que é reduzida a ubiquinol
- COMPLEXO II (succinato-coenzima Q oxidorredutase) - O FADH2 é formado no
ciclo do ácido cítrico pela oxidação do succinato a fumarato em presença da enzima
succinato−desidrogenase, pertencente ao complexo II, ou seja, esse complexo
participa diretamente do ciclo de krebs.
Os elétrons do FADH 2, são transportados pela cadeia de ferro-enxofre ate chegarem a
ubiquinona
- os complexos I e II não operam em série,
- COMPLEXO III (coenzima Q-citocromo e oxidorredutase) - transfere os elétrons da
ubiquinona formados pelos complexos I e II para o citocromo c em um processo
chamado ciclo Q. Esse processo também realiza o transporte de prótons da matriz
para o espaço intermembranas
FASE I - Quando o ubiquinol (QH₂) se liga ao Complexo III, ele doa seus dois
elétrons, um dos quais vai para o citocromo c, enquanto o outro se desloca através
do citocromo b. Nesse estágio, quatro prótons são bombeados para o espaço
intermembrana.
Para cada ubiquinol (QH₂) que é oxidado no Complexo III, quatro prótons são
translocados: dois para o espaço intermediário e dois para a formação de um novo
ubiquinol na matriz.
FASE 2 - Após a oxidação de QH₂, a ubiquinona (Q) é liberada, e o ciclo continua
quando um novo QH₂ se liga ao complexo.
- COMPLEXO IV (citocromo e oxidase) - o citocromo c reduzido no complexo III doa
seus elétrons ao complexo IV que são transferidos finalmente para o oxigenio
molecular que é então reduzido à água - A redução do O2 a H2O consome quatro
prótons da matriz mitocondrial.
Durante a transferência de elétrons e a redução de oxigênio, o Complexo IV
bombeia prótons (H⁺) da matriz mitocondrial para o espaço intermembrana. Para
cada par de elétrons que passa pelo complexo, dois prótons são bombeados
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
É o processo no qual a energia gerada pela cadeia mitocondrial transportadora de eletrons
é conservada na forma de ATP - o fluxo de prótons pela membrana impermeavel ao proton
da mitocondria cria um gradiente eletroquimico de membrana fornecendo energia livre
para a sintese de ATP por meio da ATP-sintase a partir de ADP e Pi