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Bioquímica Introdução ao metabolismo Definição metabolismo: Conjunto altamente organizado e complexo de reações bioquímicas catalisadas e reguladas por enzimas Classificação · Anabolismo: É o processo de construção de moléculas complexas a partir de moléculas simples com gasto de energia (ATP). Exemplos: síntese de proteínas, síntese de gorduras. · Catabolismo: É o processo de quebra de moléculas complexas em moléculas simples com liberação de energia (ATP). Exemplos: Processo de emagrecimento, reações de oxidação Anabolizante: Substância, geralmente sintética que estimula o anabolismo. A maioria dos anabolizantes tomadas por atletas são aqueles que estimulam a síntese proteica. Por que no inverno nós sentimos mais fome? Porque no inverno a temperatura do corpo é maior em relação ao meio ambiente, com isso, tende a perder calor para o meio, e, consequentemente, preciso produzir mais calor, fazendo mais catabolismo. Por isso sentimos necessidade de nos alimentar em maior quantidade. No verão, a temperatura do ambiente é maior que a do corpo e recebemos calor, não precisamos degradar tanta molécula para produzir calor. Por isso, sentimos menos fome. Energia Livre de Gibbs, Variação de energia livre (ΔG) · A energia livre de Gibbs é a energia disponível para fazer trabalho em um sistema. · A mudança na energia livre de Gibbs é o que impulsiona as reações químicas · A energia livre de Gibbs é uma combinação da energia total do sistema e da entropia (grau de desordem de um sistema). A energia livre de Gibbs é calculada usando a equação ΔG = ΔH - TΔS ΔG: Variação de energia livre de Gibbs; ΔH: Variação de Entalpia (valor absorvido ou liberado durante uma reação química; T: Temperatura absoluta do sistema; em Kelvin (K = ºC + 273) ΔS: Variação de entropia do sistema (mede o estado de desorganização dos reagentes e produtos). Bioenergética · ΔG > 0 = reação endergônica (precisa de energia), não espontânea e absorve energia. (ANABOLISMO) · ΔG Coenzimas (NAD ou FAD ---recebem e- e se tornam reduzidas) -->NADH+H+ ou FADH2 Posteriormente essas coenzimas também irão sofrer oxidação na cadeia transportadora de e- e quando essas coenzimas sofrem oxidação seus e- são captados pelo oxigênio formando água Adenosina Trifosfato (ATP) Por que o ATP é uma molécula rica em energia? O ATP é um nucleotídeo formada por: · Base nitrogenada: Adenina · Pentose (carboidrato) · 3 ácidos fosfóricos É rica em energia por causa das ligações entre os fosfatos, isso faz com que a molécula seja instável e rica em energia. Tanto que quando quebro uma ligação fosfato (ADP + P) isso libera 7300 calorias Enzimas e Coenzimas Enzimas: São proteínas que aumentam a velocidade das reações (catalizadores biológicos) uma vez que diminuem a energia de ativação da reação. Exceção: Nem toda enzima é uma proteína. As ribozinas são moléculas de RNA cm ação catalítica, mas não são proteínas Estrutura das enzimas (daquelas que são proteínas, ou seja, a maioria) · Primária: Sequência de aminoácidos; · Secundária: Ocorre a ligação entre os elementos repetidos da cadeia, as mesmas enrolam-se em geral formando uma hélice (alfa-hélice ou beta-pragueada). · Terciária: A hélice dobra-se (a cadeia de aminoácido), ficando com forma enovelada. · Quaternária: Há a associação de duas ou mais cadeias polipeptídicas (de aminoácidos), para formar uma proteína. · Geralmente uma enzima possui estrutura terciária Toda enzima possui um centro ativo ou sitio catalítico que é o local onde o substrato se liga na enzima Existem algumas enzimas que possuem sitio alostérico Todo nome de enzima recebe o sufixo –ase, exceção: pepsina Quanto mais substrato tiver disponível para uma enzima, mais rápido é, porém: há um limite de velocidade Fatores que alteram a velocidade · Temperatura · pH · Concentração do substrato · Concentração da enzima · Presença de inibidores A temperatura e pH podem desnaturar a enzima alterando a conformação tridimensional delas. Desnaturação: perda da estrutura alostérica (perda do sítio ativo da enzima) Reação enzimática Exemplo: Hidrólise da lactose (açúcar do lite, produzindo gliose e glaactose). Isso acontece no intestino delgado após ingerir leite e derivados E: Enzima S : Substrato EX: Complexo Enzima Substrato P: Produto Temos: Lactose: Substrato Glicose e Galactose: Produtos Enzima: Lactase A água provoca a quebra da ligação entre glicose e galactose que forma a lactose do leite e temos como produto eles separados. O substrato se liga à enzima pelo sítio catalítico para que ocorra a reação química. Substrato: Toda substância sobre a qual a enzima atua Sitio ativo: Area de encaixe entre a enzima e substrato Modelo de chave-fechadura: as enzimas são altamente específicas, portanto, cada enzima tem um “formato” para ligar-se especificamente, pois a forma tridimensional dos aminoácidos do sítio ativo se encaixa no substrato, o que garante a especificidade da enzima. TODA REAÇÃO ENZIMÁTICA OBEDECE A ESSE PROCESSO Enzima + Substrato --> Complexo Enzima Substrato --> Produto + Enzima. A enzima não sofre transformação química Especificidade da enzima: Cada enzima é ESPECIFÍCA para um substrato (chave-fechadura). Existem enzimas que atuam em mais de 1 substrato, mas são poucas exceções. Cofatores Cofatores: Substâncias não proteicas que se ligam a uma determinada região da enzima e também participam da reação. Muitas enzimas só são ativas quando ligadas a moléculas não proteicas coadjuvantes conhecidas como cofatores. Tipos de cofatores · Ativadores: Elementos inorgânicas. Exemplos: Metais · Coenzimas: Formadas por vitaminas hidrossolúveis (complexo B) Região da molécula enzimática que participa da reação com o substrato Coenzimas · Coenzimas são substâncias que determinam a estrutura alostérica (formato) ATIVA da enzima. · Molécula orgânica ou metaorgânica complexa; se ligam as enzimas apenas durante a reação, e ajudam na transferência de algum tipo químico nas reações. As coenzimas determinam o formato (estrutura alostérica/ativa da enzima). · Maioria deriva de vitaminas hidrossolúveis (Complexo B) Classificam-se em: · Transportadores de hidrogênio · Transportadoras de grupos químicos Grupo acil: grupo derivados dos ácidos carboxílicos. TODAS AS VITAMINAS DO COMPLEXO B FORMAM ESTRUTURA DE COENZIMAS Por isso quando alguém apresenta cansaço físico ou mental o médico recomenda vitaminas do complexo B e minerais porque como funcionam com cofatores auxiliam no metabolismo celular melhorando com isso a produção de ATP na célula, melhorando estado físico e mental. Metabolismo do etanol, glicólise e gliconeogênese O metabolismo do álcool etílico (etanol) O metabolismo do álcool inicia com a reação da enzima ADH (vasopressina; hormônio antidiurético) que transforma o etanol em acetaldeído, que, por sua vez, sofre reação das enzimas ALDH (aldeído desidrogenase) resultando em acetato. Metabolismo do etanol · 95% se dá na mucosa intestinal · 5% é absorvido pela mucosa gástrica Fatores que alteram a absorção · Temperatura · Alimentos · Presença de CO2 Distribuição · 80-90% será metabolizado pelo fígado · Uma pequena parte distribuída para outros tecidos · 2-10% será eliminado pelo ar expirado ou excretado pela urina Indicador de intensidade de efeito sobre o comportamento · Sobriedade: 0,1 a 0,5 g/L · Euforia: 0,3 a 1,5 g/L · Embriaguez: 1 a 3 g/L · Estupor: 2,5 a 4 g/L · Coma e morte: 3,5 a 5 g/L Supondo que o Sr. Romeu ingeriu 500mL de cachaça e que a concentração sanguínea de etanol é máxima após 1hora do início da ingestão. Determinar o tempo (em horas) que o Sr.Romeu levaria para metabolizar todo o etanol ingerido? Dados:· Peso do Sr.Romeu: 90kg · Tempo médio da velocidade de metabolização do etanol 0,1g/kg por hora. · Densidade do etanol = 1g/mL · Teor alcoólico da cachaça: 40ºGL (40% V/V) Resolução Passo 1: Determinar a quantidade de etanol ingerida 500 ml de cachaça 40% V/V (40 ml de etanol em 100 ml de cachaça) 40 ml etanol --- 100 ml de cachaça X ml etanol ---- 500 ml X = 200 mL de etanol Densidade = 1 g/ml Logo 1 g --- 1 ml X g --- 200 ml X = 200g de etanol Passo 2: Determinar a taxa de metabolização do etanol 0,1g/kg por hora Sr Romeu tem 90 kg Logo 90 x 0,1 = 9g/hora Passo 3: Determinar o tempo necessário 200g/9g/hora = 22,22 horas para metabolizar todo etanol ingerido Gliconeogênese Definição: Síntese de GLICOSE a partir de compostos que não são carboidratos: · Lactato · Glicerol · Aminoácidos Ocorre no fígado e no rim. Importância: Manutenção da taxa de glicose sanguínea durante o jejum prolongado (aproximadamente mais de 10 horas) durante um jejum menor do que 10 horas a glicemia é mantida através da quebra do glicogênio hepático. Por que não podemos ter hipoglicemia? Pois os neurônios usam como principal e única fonte de energia a glicose, assim, a sua falta nessas células leva a tremores e ao coma, podendo levar à morte. Gliconeogênese a partir do glicerol O glicerol é um dos constituintes do triacilglicerol (que são as gorduras, armazenadas no tecido adiposo). Durante jejum prolongado essa gordura é quebrada em glicerol + ácidos graxos. O glicerol cai na corrente sanguínea vai para o fígado. No fígado, forma a glicose a partir da gliconeogênese e essa glicose vai para a corrente sanguínea manter a glicemia. Gliconeogênese a partir do Lactato No musculo quando realizamos a oxidação da glicose anaerobicamente através da glicólise produzimos o lactato. Esse lactato cai na corrente sanguínea, vai para o fígado e é utilizado para síntese de glicose através da gliconeogênese. Essa glicose volta para corrente sanguínea e pode ser utilizada novamente pelo músculo pra produção de energia. Esse ciclo é conhecido como ciclo de Cori. Gliconeogênese a partir de aminoácidos As proteínas musculares durante jejum prolongado sofrem proteólise (quebradas em seus constituintes que são os aminoácidos). A Alanina e a glutamina os principais aminoácidos que podemos utilizar para a gliconeogênese cai na corrente sanguínea, vai para o fígado. No fígado é convertido em glicose pela gliconeogênese, essa glicose vai para a corrente sanguínea manter a glicemia e poderá também ser utilizada pelos músculos para produção de energia. Inibição da gliconeogênese pelo etanol Gliconeogênese: Síntese da glicose a partir de percussores não glicídicos (como aminoácidos, lactato e glicerol) Via normal da gliconeogênese: lactato ⇔ piruvato ⇔ diidroxiacetona ⭢ glicose A reação lactato ⇔ piruvato é deslocada para a produção de lactato ao invés de produzir piruvato e seguir para a gliconeogênese. Glicólise É a quebra citoplasmática parcial da molécula de glicose sendo um processo anaeróbio (não consome O2 ) produz ATP a qual funciona para o fornecimento de energia para o organismo para que este realize as suas funções (redução do NAD em NADH+H+ ,produção de piruvato-ácido pirúvico). Gliconeogênese Síntese de glicose a partir de compostos que contém carbono, mas não são carboidratos tais como: aminoácidos, lactato, glicerol e piruvato Produz glicose para ser lançada na circulação mantendo a glicemia em níveis normais Glicólise e Gliconeogênese Sobre a gliconeogênese Nesse esquema observamos uma célula, no interior da célula temos a glicose. Quando oxidamos a glicose para produção de energia para a célula essa glicose é quebrada em piruvato. Esse piruvato em condições anaeróbias, principalmente na célula muscular, forma o lactato. A gliconeogênese é como se retornássemos a via glicolítica, com isso o piruvato forma fosfoenolpiruvato através da ação d duas enzimas: a piruvato carboxilase e a PEP carboxiquinase. As demais reações são reversíveis, ou seja, são catalisadas pelas mesmas enzimas da glicólise. Quando chega em frutose1,6-Bisfosfato um fosfato tem que ser retirado essa frutose para formar Frutose 6-P e a enzima que atua nesse processo é a Frutose1,6bifosfatoFosfatase. De frutose 6-P para glicose 6p também é reversível, logo é a mesma enzima que catalisa a glicólise. De Glicose6-P para Gliose onde é removido um fosfato da glicose essa reação é catalisada pela ação da Glicose-6PFosfatase e essa glicose formada cai na corrente sanguínea para manter a glicemia. O glicerol é a mesma coisa: Ele forma a Diidroxiacetona-P que forma a Frutose1,6-Bisfosfato que sore as ações das mesmas enzimas da gliconeogênese a partir do lactato (frutose1,6bisfosfatofosfatase e a Glicose-6PFosfatase) chegando até glicose. Os aminoácidos formam piruvato e sofre ação das mesmas enzimas da gliconeogênese a partir do lactato, formando glicose que cai na corrente sanguínea para manter a glicemia. Hormônios que ativam glicose e gliconeogênese Glicose: Insulina Gliconeogênese: Cortisol, Glucagon e adrenalina Homens: +ADH no intestino Mulher: +ADH no fígado Conclusão: homens começam a metabolizar o álcool logo que ingerem já as mulheres o álcool passará pela corrente sanguínea para ser metabolizado no fígado. Glicose = absorvência da amostra x 100 / absorvência padrão Metabolismo do etanol Por que o etanol provoca hipoglicemia? Durante a gliconeogênese o lactato volta a formar piruvato e piruvato forma glicose. Nessa reação de lactato ⇔ piruvato é uma reação em equilíbrio químico, podendo ocorrer nos dois sentidos. Porem quando piruvato forma lactato temos oxidação do NADH+H+ em NAD então eu utilizo os NADH+H+. De lactato para piruvato o NAD vai receber hidrogênio do lactato, vai sofrer redução e vai produzir NADH+H+. No glicerol acontece a mesma coisa de glicerol para diidroxiacetona tenho a formação de NADH+H+ e diidroxiacetona para glicerol tenho a utilização dos NADH+H+ a Já vimos que quando metabolizamos o etanol pela Álcool desidrogenase (ADH) até acetaldeído e depois esse acetaldeído formara acetato temos produção NADH+H+ com isso aumenta muito a concentração da coenzima NADH+H+ dentro da célula. Pelo princípio de Le Chatelier que diz: Quando temos um equilíbrio e existe um fator perturbando o equilíbrio, ele é deslocado para ir contra esse fator. Com isso o aumento do NADH+H+ desloca a reação para formação do lactato a partir do piruvato para poder utilizar os NADH+H+ em excesso. Logo, aumenta a concentração de lactato inibindo a gliconeogênese levando a hipoglicemia. Cadeia Transportadora de elétrons e Fosforilação Oxidativa (1ª Semana Integradora) A cadeia transportadora de elétrons (CTE) e a fosforilação oxidativa são processos fundamentais na respiração celular, ocorrendo nas mitocôndrias das células eucariotas. Esses processos são responsáveis pela produção de ATP, a principal moeda energética das células. Cadeia Transportadora de Elétrrons (CTE) 1. Localização: A CTE está localizada na membrana interna da mitocôndria. 2. Componentes: É composta por uma série de complexos proteicos (Complexos I, II, III e IV) e transportadores móveis, como a Coenzima Q (ubiquinona) e o citocromo c. 3. Processo: a. Oxidação de NADH e FADH₂: Os elétrons são doados por NADH e FADH₂, que são gerados durante o ciclo de Krebs. b. Transferência de Elétrons: Os elétrons são transferidos através dos complexos da CTE, liberando energia em cada etapa. c. Bombeamento de Prótons: A energia liberada é utilizada para bombear prótons (H⁺) do interior da mitocôndria para o espaço intermembrana, criando um gradiente eletroquímico. 4. Coenzima Q (Ubiquinona): a. A Coenzima Q é um transportador lipossolúvel que se move livremente na membrana interna da mitocôndria. b. Ela aceita elétrons do Complexo I (NADH) e do Complexo II (FADH₂) e os transfere para o Complexo III. c. A Coenzima Q é crucial para conectar os complexos da CTE e facilitar a transferência de elétrons. 5. Citocromo c: a. O citocromo c é uma proteína solúvel que transporta elétronsdo Complexo III para o Complexo IV. b. Ele contém um grupo heme que permite a transferência de elétrons, contribuindo para a redução do oxigênio (aceptor final de elétrons) no final da cadeia. 6. Redução do Oxigênio (aceptor final de elétrons): No final da cadeia, os elétrons são transferidos para o oxigênio, formando água (H₂O). Fosforilação Oxidativa 1. Definição: É o processo que utiliza o gradiente de prótons gerado pela CTE para sintetizar ATP. 2. Mecanismo: a. ATP Sintase: A ATP sintase é uma enzima que permite a passagem de prótons de volta para a matriz mitocondrial. b. Síntese de ATP: A energia do fluxo de prótons é utilizada para converter ADP e fosfato inorgânico (Pi) em ATP. 3. Rendimento Energético: Cada molécula de NADH pode gerar aproximadamente 2,5 moléculas de ATP, enquanto cada FADH₂ gera cerca de 1,5 moléculas de ATP. Imagens · Disposição dos Complexos I, II, III e IV, transportadores de elétrons, na membrana interna da mitocôndria. · As setas indicam a trajetória dos elétrons provenientes do NADH ou do succinato até o oxigênio. C = citocromo c; Q = coenzima Q · Esquema mostrando o bombeamento de prótons (setas verdes) da matriz mitocondrial para o espaço intermembranas pelos complexos I, III e IV, à custa da energia derivada do transporte de elétrons (setas vermelhas). · O gradiente de prótons (concentração maior de H+ no espaço intermembranas) e o gradiente elétrico (face interna da membrana interna mais negativa) constituem a força próton-motriz que é utilizada para sintetizar ATP pela ATP sintase, a única via de acesso de prótons para a matriz (seta roxa). A transferência de elétrons pode ser bloqueada por inibidores específicos Há drogas capazes de atuar especificamente sobre cada um dos complexos da cadeia respiratória mitocondrial, impedindo o prosseguimento da transferência de elétrons. O resultado desta ação inibitória é a paralisação do transporte de elétrons e das vias metabólicas que dependem da cadeia para a reoxidação de coenzimas. Inibidores Complexo Barbituratos (hipnóticos) I Rotenona (inseticida) I Malonato (inibidor de succinato desidrogenase) II Antimicina A (antibiótico) III Cianeto (CN-), monóxido de carbono (CO), azida (N3-) IV Lipídeo e Lipogênese Caso disparador nº2: A jovem estudante Cristina Lipídeos Definição · São classes de compostos com estrutura bastante variada, caracterizados por sua baixa solubilidade em água. Tipos de lipídeos · Triacilglicerol (triglicerídeos). Exemplos: óleos e gorduras · Fosfolipídeo. Exemplo: bicamada da membrana plasmática. · Glicolipídio: Exemplo: membranas; · Lipoproteína. Exemplo: LDL, HDL; · Esteroides. Exemplo: Colesterol; · Ceras. Exemplo: ceras de ouvido, de abelha e da pele. VAMOS FOCAR: Triacilglicerol Triacilglicerol (triglicerídeos) · São os óleos e as gorduras · Constituição: Glicerol + 3 ácidos graxos (ácidos carboxílicos) · Reação que forma: esterificação --> Álcool + Ácido carboxílico = Éster + Água Tipos de ácidos graxos · Saturados: Só ligação simples, simples entre carbonos · Monoinsaturado: Apenas uma ligação dupla entre carbonos · Polinsaturado: Múltiplas ligações duplas entre carbonos Normalmente, ácidos graxos possuem número par de carbonos. Estrutura química dos principais dos ácidos graxos Explicação em relação ao ácido oleico. · 18: número de carbonos · :1 --> número de insaturação · Δ9: posição dupla. · ω: último carbono do ácido --> ω-9: contando do último carbono onde está a primeira insaturação Os ácidos graxos monoinsaturados e polinsatruados podem reduzir o nível de colesterol/LDL no sangue por isso é melhor consumir eles. Diferenças óleos/gorduras Óleos: · Maior quantidade de ácidos graxos insaturados. · Menor ponto de fusão. · Geralmente de origem vegetal. Gorduras: · Maior quantidade de ácidos graxos saturados. · Maior ponto de fusão. · Geralmente de origem animal. A temperatura de fusão é a temperatura na qual uma substância passa do estado sólido para o líquido. Como os óleos têm uma estrutura que não se compacta bem (porque existem insaturações que fazem como uma espécie de dobra na cadeia, portanto, o “empilhamento” de moléculas se torna menos compactas), eles permanecem líquidos em temperaturas mais baixas em comparação com as gorduras (tem apenas simples ligações, o empilhamento é mais compacto). Funções do triacilglicerol · Reserva de energia. · Isolante térmico. · Proteção dos órgãos Gordura Trans · Inimigo nº1 do coração. · Melhor consumir gordura saturada do que gordura trans (eleva LDL, baixa o HDL. Aumenta o risco de problemas cardiovasculares). · Onde: Sorvete, margarina, baconzitos. Apesar dos ácidos graxos insaturados serem mais recomendados que os saturados. A estrutura dos ácidos graxos apresenta isomeria geométrica CIS. Ao aquecer a gordura com isomeria CIS a isomeria torna-se TRANS, fazendo com que a gordura vire TRANS. Lipogênese Metabolização do álcool forma AcetilCoA (onde entra o quadro branco do slide) Lipólise = quebra de gordura (SERÁ VISTO NA PRÓXIMO AULA) Tecidos onde ocorre a lipogênese: · Fígado · Tec. Adiposo · Glândula Mamária · Rim · Cérebro · Ocorre no citossol Síntese de Ácidos graxos 1ª Etapa Principal enzima: (QUESTÃO DE PROVA) · AcetilCoA-carboxilase · Importância dessa enzima: ela que regula a via de síntese dos ácidos graxos, e, consequentemente a de gorduras. Significa que se ela está: · Ativa: faz síntese de gordura. Logo, ao impedir que ela vá para o Ciclo de Krebs vai formar MalonilCoA e ácido graxo. ATIVADA PELA INSULINA · Inibida: A AcetilCoA vai para o ciclo de Krebs, gerando energia. INIBIDA PELO GLUCAGON E PELA ADRENALINA O sistema enzimático é formado por um conjunto de enzimas + proteína Proteína Carreadora de Acila: Grupo Acila. Se repete até formar 1º ácido graxo: ácido palmítico (saturado) Se repete 7 vezes porque já começo com 2 carbonos Questão prova: Nos animais, só temos dessaturase que colocam dupla até o 9º carbono, depois não tenho. Porque? Não temos o código genético, gen que codifica a dessaturase que coloca dupla depois do 9º carbono. Que são os ácidos graxos insaturados? · 1º Não consigo sintetizar no organismo o ácido linoleico (essencial): Tenho que ingerir, pois não sintetizo (óleo de soja, óleo de milha). · 2º Não consigo sintetizar no organismo α Linôlenico (essencial): Linhaça, óleo de canola. OBS: Não sintetizo, mas consigo metabolizar? Sim, consigo (SETAS AMARELAS DO RESUMO, DIETA) O que essas enzimas fazem? · Desaturasse: produzir duplas ligações. · Elongase: Aumentar número carbono. As famílias se misturam? (Um ômega vira outro) Animais: Não. Plantas: Sim. Os ácidos graxos, principalmente, os de 20 C, tem outras funções, eles formam substâncias conhecidas como Eicosanoides. Eicosanoides: 4 grupos compostos e uma substância atuam no processo inflamatório, processo imunológico image1c.png imagec.png image16.png image24.png image13.png image7.png image9.png image10.png image18.png image1a.png image15.png image12.png imagea.png imagef.png imageb.png image1e.png image1b.png image2.jpg image.png image23.png image6.png image19.png image1f.png image11.png image20.png image21.png image14.png image22.png image.jpg image2.png imagee.png image25.png image8.png image5.png imaged.png image4.png image3.jpg image3.png image1d.png