Resumo 1 Bioquímica II

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Resumo Bioquímica II
Introdução ao metabolismo
Os organismos atuais executam processos de transformação de energia, convertendo uma forma de energia em outra. Eles utilizam a energia química obtida nos combustíveis para sintetizar, a partir de precursores simples, moléculas complexas e altamente organizadas. Convertem energia química dos combustíveis em gradientes de concentração e elétrico, em movimento e calor.
Antoine Lavoisier, há muito tempo atrás, reconheceu que de alguma forma os animais transformam combustíveis químicos (alimentos) em calor e que esse processo de respiração é essencial pra vida.
	"… em geral, a respiração nada mais é do que uma combustão lenta de carbono e hidrogênio, semelhante à que ocorre em uma lâmpada ou vela acesa, e assim, sob este ponto de vista, os animais que respiram são verdadeiros corpos combustíveis que queimam e consomem a si próprios. (…) A respiração é portanto uma combustão, muito lenta é verdade, mas de qualquer forma perfeitamente semelhante à combustão do carvão ou qualquer outra matéria orgânica. Ela ocorre no interior dos pulmões sem produzir luz percetível, porque a matéria liberada pelo fogo é imediatamente absorvida pela umidade dos tecidos. (…) A respiração não passou despercebida aos filósofos da Antiguidade, já sendo sido por eles relatada e interpretada: este fogo roubado do céu, esta tocha de Prometeu, não representa apenas uma idéia poética e engenhosa, mas antes, ao menos para os animais que respiram, ela é uma representação fiel das operações da natureza. Portanto, em conformidade com os antigos, pode-se dizer que a tocha da vida inflama-se a si mesma no momento em que a criança respira pela primeira vez, nas se extinguindo a não ser na morte." (Lavoisier, 1787)
As transformações biológicas de energia seguem as leis da termodinâmica.
1ª Lei: Princípio da conservação de energia: para qualquer transformação física ou química, a quantidade total de energia no universo permanece constante. A energia pode mudar de forma ou ser transportada de uma região para outra, entretanto, ela não pode ser criada ou destruída.
2ª Lei: tendência do universo a desordem crescente. Entropia. Em todos os processos naturais a entropia do universo aumenta.
Não se é possível ir contra essas leis. Porém, os organismos vivos são extremamente organizados. Ignorando, aparentemente, a segunda lei da termodinâmica. Só aparentemente, pois além de os organismos vivos não violarem a segunda lei, eles operam em concordância com ela.
Para entender a aplicação da segunda lei nos sistema biológicos é preciso definir esses sistemas e meios em que eles se encontram. 
Sistema reagente: é um conjunto de matéria que está sofrendo processos químicos e físicos particulares. Juntos o sistema reagente e o seu meio ambiente constituem o universo.
Pode ser, Sistema Aberto (pode trocar matéria e energia com a vizinhança) ou Sistema Fechado (não pode trocar matéria com a vizinhança mas pode trocar energia) OU Sistema Isolado (não troca nem matéria nem energia ou seja não interage com a vizinhança).
CÉLULAS = SISTEMAS ABERTOS 
A célula de qualquer organismo vivo constitui um sistema estável de reações químicas mantidas afastadas do equilíbrio (jamais atingem o equilíbrio). Para se manterem afastadas do equilíbrio é preciso de energia retirada do meio ambiente. Assim, a constante interação entre sistema e ambiente explica como os organismos podem criar ordem interna, ao mesmo tempo em que operam de acordo com a segunda lei da termodinâmica. 
*E utilizando dessa energia são capazes de sintetizar macromoléculas a partir de precursores simples.
Bioenergética
Estudo que foca na transformação de energia na célula, bem como da natureza e função dos processos químicos nelas envolvidos.
Objetivos do metabolismo:
Produzir energia química em forma de ATP e NADH (NADPH, FADH2) contida nos combustíveis.
Para sintetizar moléculas complexas partindo de precursores simples = biossíntese 
Para realizar um trabalho (ex: contração muscular)
E de onde retiramos nossa energia?
R: Dos alimentos!!!
	RELEMBRANDO ENERGIA LIVRE DE GIBBS:
ΔG = ΔH - TΔS 
ΔG = Gprodutos - G reagentes
G expressa a quantidade de emergia capaz de realizar trabalho durante uma reação. 
Quando uma reação LIBERA energia livre, ou seja, o sistema passa a possuir menos energia livre, a variação da energia livre (ΔG) é negativa (ΔG <0) --> reação exergônica.
Quando o sistema GANHA energia livre, a variação de energia livre (ΔG) é positiva (ΔG>0) --> reação endergõnica.
H expressa a entalpia, que é o conteúdo de calor do sistema. Quando uma reação libera calor é exotérmica (ΔH <0) e quando recebe calor é endotérmica (ΔH>0).
S expressa a entropia, que é a desordem de um sistema.
Reação espontânea à ΔG < 0 à exergônicas à libera energia
Reação não-espontânea à ΔG > 0 à endergônica à não libera energia.
Em resumo: os organismos vivos preservam a ordem interna através da obtenção de energia do ambiente nas formas de nutrientes ou luz solar e devolve ao ambiente uma quantidade igual de energia nas formas de CALOR e ENTROPIA. Entretanto, os nutrientes ingeridos contém elevada entalpia e baixa entropia e são convertidos pelos seres vivos em subprodutos de baixa entalpia e elevada entropia. A energia livre liberada nesse processo move as atividades celulares que produzem esse elevado grau de organização que caracteriza a vida. Se o processo for interrompido o sistema entrará em equilíbrio, ou seja, morrerá !
 O equilíbrio de uma reação está diretamente ligado ao ΔG’o. Um equilíbrio como S à P é descrito por uma constante de equilíbrio, Keq. 
 K’eq = [P]/[R]
ΔG real: 
 
 
ATP
Por que o ATP é considerado moeda energética?
Por causa da tensão em suas ligações cuja a quebra libera bastante energia. A variação de energia livre (ΔG) para a hidrólise de ATP é grande e negativa. A sua hidrólise libre ADP mai Pi.
Outra molécula que a quebra fornece bastante energia é a fosfocreatina. A sua hidrólise libera creatina mais Pi. Ela é usada nos nossos músculos como molécula de estocagem de energia. 
DÚVIDA: PQ? QUAL DIFERENÇA DO ATP E DA FOSFOCREATINA?
Rotas metabólicas
Conjunto de reações que produzem ou degradam um determinado produto (substrato) ou conjunto de produto ex: glicólise
Existem dois tipos de rotas:
 catabólicas: degradação ou “quebra” de compostos;
 anabólicas: síntese, ou seja, formação de compostos;
*Para uma via ANABÓLICA é preciso uma via CATABÓLICA anterior. Pois as vias catabólicas são acompanhadas por liberação de energia livre, enquanto o anabolismo requer energia para ser realizado.
Vias catabólicas: convergentes
Vias anabólicas: divergentes
Algumas vias são cíclicas, ou seja, um precursor da via é regenerado por meio de uma série de reações.
Características das rotas metabólicas:
Economia dos intermediários: Intermediários que participam de forma reversível nas reações de oxido-redução como transportadores de elétrons.
Irreversibilidade: TODAS AS ROTAS SÃO IRREVERSÍVEIS. Todas possuem ΔG<0. 
Existem rotas com funções "inversas", como Glicólise (quebra glicose) e Gliconeogênese (forma glicose). Porém, os caminhos não podem ser inversos pois o ΔG de AMBAS tem que ser negativo.
Direcionamento
Regulação: é importante para em um momento se ter "A" e em outro se ter "B" ou "C", pois se não houvesse regulação não se teria um objetivo, pois os produtos iriam sempre se anular. Dessa forma, é preciso enzimas regulatórias e dentro dessas muitas são alostéricas. Elas se concentram principalmente no início e no fim.
Uma reação endergônica depende de uma reação exergônica para acontecer. Pois necessita da energia liberada por ela.
Mecanismo de sinalização - ação hormonal na regulação do metabolismo
Vias de sinalização: mecanismo de comunicação celular presente em unicelulares e multicelulares. Pode ser uma comunicação elétrica, em que é preciso contato entre as células para ter propagação. Ou comunicação química.
Transdução de sinal:transmissão da “mensagem” carreada por sinais presentes no meio extracelular para o meio intracelular.
Sinalização celular: é tudo o que acontece depois da transdução, é cascata de modificações causadas a proteínas intracelulares que leva a interpretação dos sinais transduzidos.
São sinais químicos: proteínas, pequenos peptídeos, aminoácidos e hormônios principalmente. 
Existem dois tipos de receptores:
Receptores na superfície celular: para moléculas hidrofílicas/polares, pois não conseguem atravessar a membrana. 
Receptores intracelulares: para moléculas que conseguem atravessar. Se ligam a receptores presentes no núcleo celular.
Tipos de sinalização:
Parácrina: mediador local.
Autócrina: estimula a si mesmo.
Justácrino: molécula ancorada a membrana de uma célula.
Endócrina: hormônio passa pela corrente sanguínea.
Tipos de estímulos:
Externo: da superfície celular para sistemas efetores internos;
Internos: informação gerada dentro da célula na forma da mensageiros metabólicos. 
Existe uma diversidade de respostas a mesma molécula sinalizadora. 
Por exemplo, a Acetilcolina. No tecido cardiáco diminui a frequência cardíaca, mas no músculo esquelético induz a contração muscular e nas glândulas salivares induz a secreção salivar. 
Isso ocorre porque xistem recpetores diferentes e também por razão das células serem diferenciadas. Dessa forma, a resposta celular depende dos sinais percebidos na célular alvo.
Como a ligação entre o sinal e o receptor leva a resposta celular?
Receptores: reconhece o sinal (mensageiro primário), para interpretar o sinal ele tem uma atividade enzimática ou está associado à uma enzima.
Transdutores: cadeia de ativação específica para a ativação da via de sinalização celular somente na pesença de um estímulo. A ligação de uma molécula à um receptor ativa um transdução. Ele pega uma mensagem recebida fora da célula e transforma para uma mensagem para dentro da célula. 
	Modificações proteicas pós-traducionais mais comuns na sinalização celular:
Glicosilação – modificação por resíduos de Nacetilglicosamina.
Oxidação – oxidação de grupamentos tiol de cisteínas.
Acetilação – importante no remodelamento da cromatina (acetilação de histonas).
Metilação – de resíduos de arginina ou lisina.
Sumoilação – ligação covalente de SUMO (small ubiquitinrelated modifier).
Fosforilação – realizada por proteínas CINASES, transferem um grupamento de fosfato do ATP para resíduos de serina, treonina ou tirosina. Enquanto as fosfatases removem o grupamento fosfato dos resíduos citados acima. A fosforilação é importante pois leca a mudanças na propriedade físico-química e estrutural da proteína, permitindo ou impedindo a interação desta com outras moléculas.
 
Amplificadores: a estapa de amplificação do sinal é importante para a resposta robusta em reação ao estímulo. Ptns sinalizadoras amplificam o sinal através da vias de trandução de sinal.
	O que é um mensageiro secundário ou intracelular?
Pequenas moléculas intracelulares geradas em grande número em resposta ao sinal; Difundem para longe do local de produção, transmitindo o sinal para outras partes da célula; Transmitem o sinal por se ligarem à proteínas de sinalização específicas ou a proteína alvo;
Resposta celular 
Em resumo: Trandutores ativam os amplificadores que produzem os mensageiros intracelulares para ativar moléculas efetoras. Mas não é necessariamente necessário uma molécula transdutora como ponte entre o sinal e a molécula amplificadora.
Tipos de receptores:
Receptores intracelulares: podem estar localizados no citoplasma ou no núcleo.
Exemplo mais notável desse tipo de sinalização é o do óxido nítrico (NO). Essa pequena molécula age sobre as células musculares lisas que envolvem os vasos sanguíneos, provocando vasodilatação local. Promovendo o relaxamento dessas células musculares, o NO faz com que o vaso aumente de calibre, deixando o sangue fluir mais facilmente. O NO é produzido nas células endoteliais que revestem os vasos, isto é, bem perto das células sobre as quais ele age. Quando um impulso nervoso chega a essas células, elas ativam uma enzima, a óxido nítrico sintase (NOS), que produz NO a partir do aminoácido arginina. O NO é um gás e, assim como o O2 e o CO2, ele atravessa as membranas por difusão simples (a Aula 8), saindo da célula na qual foi produzido e se espalhando rapidamente pelas células vizinhas. Nas células musculareslisas, o NO ativa outras enzimas, o que leva à vasodilatação. O NO é um mediador local, fazendo sinalização parácrina..
Receptores associados a canais iônicos: passagem de íons através de um gradiente de concentração. São proteínas de membrana multipasso. Nesse caso o receptor é TRANDUSTOR e AMPLIFICADOR
Receptores associados a proteínas G: interação do ligante externo (mensageiro primário) ao receptor ativa uma proteína intracelular ligadora de GTP, proteína G, (transdutor), que regula uma enzima (amplificador) que gera um segundo mensageiro.
A proteína G possui 3 subunidades e um sítio de ligação a GDP. Quando está ligada a GDP ela não está ativada, para estar ativada é preciso GTP na sua subunidade alfa. Além disso, a proteína G tem atividade GTPásica, dessa forma, para ser desativada ela consegue ela consegue clivar o GTP e assim obter o GDP.
Com GDP desligada;
Com GTP ligada;
Quando ela se liga ao GTP as subunidades dela se separam.
Transdução de sinal por receptores associados à proteína G:
Adenilato Ciclase e Proteína Cinase A (PKA)
Mecanismo: quando o receptor recebe o sinal (mensageiro primário), o sinal interage com esse recpetor, o que desencadeia uma mudança na estrutura e faz com que ele interaja com a proteína G, essa ligação do complexo sinal-receptor na proteína G (trandutor) altera sua estrutura, diminuindo sua afinidade por GDP e ocorre a a troca de GDP por GTP na subunidade alfa da proteína. Essa troca faz com que a subunidade alfa se dissocie das outras subunidades e interaja com a Adenilato Ciclase (amplificador) que converte ATP e AMP cíclico (cAMP) (segundo mensageiro). Esse cAMP ATIVA a PKA (cinase A), que fosforila resíduos de serina ou treonina.
AMP CÍCLICO: concentração no citoplasma é 10-7M, mas é rapidamente aumentada por um sinal extracelular. Participa do controle do metabolismo, transcrição do genoma e da atividade de canaisiônicos. Modula atividade de outras vias de sinalização.
Como o AMPc influencia tantos processos celulares? Ativação da PKA. A PKA que fosforila proteínas.
E que diferença faz uma proteína ser fosforilada?
Muita! Proteínas que podem ser fosforiladas alternam entre um estado ativado e outro inativo, um deles com fosfato e outro sem. É o mesmo mecanismo liga/desliga da proteína G em relação ao GTP, lembra (Figura 13.9)? Essa mudança de estado das proteínas é que vai mudar finalmente o comportamento da célula, em resposta àquela mensagem que ela recebeu do ligante lá na membrana.
Transdução de sinal por receptores associados à proteína G: 
Fosfolipace C
Mecanismo: a ligação do hormônio ao receptor ativa uma ptn G específica que estimula uma fosfolipase de membrana, a fosfolipase C (PLC). O alvo da fosfolipase C ativada por proteína G é um fosfolipídio da face interna da membrana plasmática, o fosfatidilinositol 4,5 bifosfato, mais conhecido pela sigla PIP2. A clivagem gera duas moléculas: 1) o diacilglicerol, também conhecido como DAG, um glicerol com duas caudas de ácido graxo, que permanece na membrana; e 2) o inositol trifosfato (IP3), que é liberado para o citoplasma.
O DAG permanece na bicamada interna da membrana plasmática, onde se movimenta com grande velocidade e vai recrutar do citoplasma uma proteína quinase ainda no estado inativo. Ela só será ativada por cálcio depois de recrutada, por isso se chama proteína quinase C (PKC). E de onde vem o cálcio que vai ativá-la? Isso é função da outra molécula produzida pela fosfolipase, o IP3. Ele difunde rápido pelo citoplasma e vai encontrar seu receptor na membrana do retículo endoplasmático.Esse receptor é do tipo canal, e quando o IP3 se liga ele abre um canal que deixa vazar cálcio para o citoplasma, ativando a PKC e várias outras proteínas.
As duas moléculas produzidas, DAG e IP3, terão funções diferentes em locais diferentes. O DAG permanece na bicamada interna da membrana plasmática, onde se movimenta com grande velocidade e vai recrutar do citoplasma uma proteína quinase ainda no estado inativo. Ela só será ativada por cálcio depois de recrutada, por isso se chama proteína quinase C (PKC).
E de onde vem o cálcio que vai ativá-la? Isso é função da outra molécula produzida pela fosfolipase, o IP3. Ele difunde rápido pelo citoplasma e vai encontrar seu receptor na membrana do retículo endoplasmático. Esse receptor é do tipo canal, e quando o IP3 se liga ele abre um canal que deixa vazar cálcio para o citoplasma, ativando a PKC e várias outras proteínas.
Receptor associado a enzimas: São proteínas transmembrana unipasso; Um receptor desse tipo passa a informação recebida por meio de atividade enzimática, e para fazê-lo tem de ter dois domínios especiais: o que reconhece o ligante, exposto na superfície da célula, e o sítio catalítico, voltado para o citoplasma.
Exemplo: fatores de sobrevivência e de crescimento ligam-se a receptores enzimáticos.
Classes de receptores associados à enzimas:
1) Receptores guanilil ciclases – catalisa diretamente a produção de GMPc no citossol;
2) Receptores tirosina fosfatase – removem grupos fosfato de resíduos de tirosina de proteinas sinalizadoras intracelulares específicas;
3) Receptores serino/ treoninoquinases – fosforilam especificamente resíduos de serina e treonina;
4) Receptores tirosino quinases – fosforilam especificamente resíduos de tirosina num pequeno grupo de proteínas sinalizadoras intracelulares; mais importantes.
os receptores tirosina quinase formam dímeros em que uma molécula fosforila a outra, reciprocamente. Depois que um receptor fosforila o outro, várias proteínas são recrutadas do citoplasma pelas fosfotirosinas dos receptores. Esse fenômeno dura apenas alguns segundos, já que a fosforilação pelas tirosina quinases é logo revertida por proteínas tirosina fosfatases. As proteínas recrutadas passam a estar ativas e vão, assim, passar o sinal adiante.
5) Receptores associados à tirosino quinase – se associam à proteínas possuidoras de atividade tirosinoquinase;
O receptor de insulina tem atividade de tirosina quinase. 
	O receptor de insulina na MP das células-alvo é um glicoproteína com subunidades alfa e beta ligadas por pontes dissulfeto, formando um complexo com estrutura tetramérica.
As subunidades alfa ligam-se a insulina e as beta fazem a transdução de sinal. A união da insulina ao receptor estimula a atividade de proteína quinase intrínseca ao próprio receptor, específica para resíduos de tirosina. A atividade de tirosina quinase está na porção citoplasmática das subunidades beta, que apresenta resíduos de tirosina suscetíveis a fosforilação. A autofosforilação do receptor desencadeia a fosforilação em cascata de uma série de ptns sinalizadoras, que inclui diversas proteínas quinases que se tornam ativas (cascata de proteína quinases). Estas quinases fosforilam outras proteínas amplificando o sinal hormonal, que passa a interferir na regulação do metabolismo, no transporte de metabólitos e na transcrição gênica.
Outro exemplo de sinalização por tirosina quinase: proteína Ras
Algumas das proteínas recrutadas pelas tirosinas fosforiladas não têm atividade enzimática, são apenas adaptadoras que vão permitir o encaixe com outras proteínas. A mais importante dessas proteínas é a Ras, uma proteína associada ao folheto interno da membrana capaz de hidrolisar uma molécula de GTP a GDP. Quando certos receptores tirosina quinase são fosforilados, eles recrutam proteínas adaptadoras e uma ativadora de Ras, que vai fazer com que ela libere o GDP, que logo será substituído por um GTP. A Ras-GTP fica ativa e vai propagar um sinal em cascata que terminará por promover, na maioria das vezes, a proliferação ou a diferenciação celular. Os receptores que ativam essa via são os receptores de fatores de crescimento, como o EGF (fator de crescimento epidérmico), NGF (fator de crescimento neuronal), o PDGF (fator de crescimento derivado de plaquetas), o VEGF (fator de crescimento vascular, que estimula a angiogênese). 
Em resumo:
OS HORMÔNIOS SÃO OS PRIMEIROS MENSAGEIROS
Os hormônios são susbtâncias químicas secretadas por células especializadas, que regulam as diversas funções metabólicas. Sua natureza química pode ser derivados de aminoácidos (CATECOLAMINAS), (GLUCAGON E INSULINA) ou colesterol, são produzidos por gândulas endócrinas ou tecido neurosecretor, sendo transportados no sangue de forma livre ou associados as proteínas plasmáticas, tendo sua ATUAÇÃO nas células –alvo com receptores especéficos. 
Funções gerais: reprodução, crescimento e desenvolvimento, disponibilidade energéticas, manuntenção da composição e do volume, controle de humor e CONTROLE DO METABOLISMO.
Mecanismos de ação: segundos mensageiros ativação do cAMP e PI3K/CA++ e modulação gênica.
Os hormônios atuam sobre tecidos específicos, provocando respostas também específicas, mas o conjunto das respostas é cooperativo, tornando lógico e harmônico o ajuste do organismo a uma determinada condição fisiológica.
A interferência hormonal sobre a velocidade das reações do metabolismo depende do hormônio e do tecido considerado e é exercida em dois níveis principais: expressão gênica e atividade enzimática.