Prova de metabolismo

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO 
CIÊNCIAS BIOLÓGICAS - BIOTECNOLOGIA 
PÓLO XERÉM 
ketzer@bioqmed.ufrj.br 
 
Estudo dirigido I da disciplina Metabolismo: 
 
Questões: 
 
1) Suponha que você descobriu uma levedura mutante, cuja via glicolítica é menor devido à presença de uma 
nova enzima que catalisa a reação: 
 
Gliceraldeído 3-fosfato + H2 + NAD
+ → 3-fosfoglicerato + NADH + H+ 
 
O encurtamento da via glicolítica resultante beneficiará a célula? Explique. 
 
 O encurtamento da via glicolítica não beneficiará a célula. Isso porque não haverá a reação de 
transferência do fosfato do 1,3-bifosfoglicerato para o ADP pela fosfoglicerato quinase e consequentemente 
resultará na redução da formação de uma molécula de ATP. 
 
2) A glicólise ocorre na presença (aerobiose) ou na ausência de oxigênio (anaerobiose). Explique como isto ocorre. 
 
 Uma molécula de glicose é rompida em uma série de reações para liberar duas moléculas de piruvato, 
contendo cada uma delas três átomos de oxigênio. Durante este processo (glicólise), parte da energia liberada da 
glicose é conservada na forma de ATP e NADH. 
A maioria das células eucarióticas e muitas bactérias vivem em condições aeróbias e oxidam a glicose até 
dióxido de carbono (CO2) e H2O. Essa fase aeróbia do catabolismo é chamada de respiração e envolve a produção 
de acetil-CoA a partir do piruvato, ciclo do ácido cítrico e fosforilação oxidativa. O piruvato é oxidado a acetato, o 
qual entra no ciclo do ácido cítrico e é oxidado até CO2 e H2O; o NADH formado pela desidrogenação do 
gliceraldeído 3-fosfato é reoxidado a NAD+ pela passagem do seu elétron ao O2 no processo de respiração 
mitocondrial. 
A degradação anaeróbia da glicose, também denominada de fermentação, ocorre sob condições de 
hipóxia e tem o objetivo de obter energia e conservá-la como ATP. Neste processo, não há consumo de oxigênio e 
as concentrações de NAD+ ou NADH não se alteram. O NADH formado pela desidrogenação do gliceraldeído 3-
fosfato é reoxidado a NAD+ pela transferência de elétrons para outros receptores adequados, como o lactato 
(fermentação lática) e o etanol (fermentação alcóolica). 
 
3) O músculo esquelético tem vários tipos diferentes de fibras. O tipo I é utilizado principalmente para 
atividade aeróbica, enquanto o tipo II é especializado para explosões curtas e intensas de atividade. Como você 
poderia distinguir estes tipos de fibra, se pudesse vê-las no microscópio eletrônico? Explique. 
 
As fibras musculares do tipo I são caracterizadas pela grande quantidade de mitocôndrias e são servidas 
por uma rede de vasos sanguíneos muito densa, capaz de fornecer o oxigênio essencial para a produção de ATP. O 
tecido muscular apresenta coloração avermelhada devido a presença de hemoglobina e citocromos da 
mitocôndria. Além disso, possui contração lenta e desenvolve uma tensão relativamente pequena, mas é muito 
resistente à fadiga. 
As fibras musculares do tipo II tem um número menor de mitocôndrias e seu suprimento de vasos 
sanguíneos é menor. Apresenta coloração esbranquiçada e contração rápida, podendo desenvolver tensões 
maiores de maneira rápida. O músculo branco fica fatigado mais cedo, pois, quando em atividade, ele usa o ATP 
mais depressa que consegue repô-lo. 
 
4) Embora o O2 não participe diretamente do ciclo do ácido cítrico, o ciclo só opera quando o oxigênio está 
presente. Explique. 
A atividade do ciclo do ácido cítrico está intimamente ligada à disponibilidade de oxigênio, embora 
nenhuma das etapas na via direta o uso de oxigênio. Como as enzimas do ciclo de Krebs oxidam moléculas do 
combustível em dióxido de carbono, a coenzima NAD+, FAD e coenzima Q (também conhecida como ubiquinona) 
são reduzidos. Para que o ciclo continue, essas coenzimas reduzidas devem tornar-se reoxidadas transferindo 
seus elétrons para o oxigênio, produzindo água (processo de fosforilação oxidativa). Portanto, o aceptor final dos 
elétrons produzidos pela oxidação das moléculas de combustível (como parte do ciclo de do ácido cítrico) é o 
oxigênio. Na ausência de oxigênio, o ciclo do ácido cítrico é inibido. Se o suprimento de oxigênio em célula 
muscular ou uma célula de levedura é baixo, os níveis de NAD+ e FADH caem e o ciclo do ácido cítrico não pode 
seguir adiante. Nesta situação, a célula deve recorrer à fermentação para continuar fazendo ATP. 
5) Como o NADH produzido na via glicolítica pode ser oxidado na cadeia respiratória? 
 A glicólise ocorre no citosol da célula e produz duas moléculas de NADH por glicose oxidada. A NADH 
desidrogenase da membrana mitocondrial interna (complexo I mitocondrial) das células animais pode aceitar 
elétrons apenas do NADH presente na matriz. 
Já que a membrana interna não é permeável ao NADH, o NADH produzido pela via glicolítica não poderia 
ser reoxidado a NAD+ pelo O2 via cadeia respiratória. Entretanto, a célula utiliza sistemas especiais de lançadeiras 
que transportam os equivalentes redutores do NADH citosólico para dentro da mitocôndria. 
A lançadeira malato-aspartato é funciona em mitocôndrias do fígado, rim e coração, que envolve a 
transferência de equivalentes redutores para o oxaloacetato, produzindo malato que é transportado para dentro 
da mitocôndria. Pela ação da malato desidrogenase mitocondrial, os equivalentes redutores são passados para o 
NAD+ formando o NADH. A NADH desidrogenase (complexo I) catalisa a transferência de um íon hidreto do NADH 
para um nucleotídio de flavina (FMN), do qual dois elétrons passam para centros Fe-S e posteriormente para a 
ubiquitina (Q), reduzindo-a (QH2). Essa transferência de elétrons também resulta na passagem de 4 prótons (H+) 
da matriz para o espaço intermenbranas mitocondrial. 
Outro sistema é a lançadeira do glicerol 3-fosfato presente em mitocôndria de músculo esquelético e 
cérebro, que cede os equivalentes redutores do NADH para o complexo II e não o I, fornecendo energia para 
sintetizar apenas 1,5 molécula de ATP para cada par de elétrons. 
 
6) O molho de soja é preparado por fermentação, por um período de 8 a 12 meses, de uma mistura de feijão-soja 
e trigo salgados com vários microorganismos, incluindo a levedura da cerveja. O molho resultante (depois da 
remoção dos sólidos) é rico em lactato e etanol. Como são produzidos esses dois compostos? Para impedir que o 
molho tenha um sabor forte de vinagre (vinagre é ácido acético diluido), o oxigênio precisa ser mantido longe da 
mistura de fermentação. Por quê? 
 
 Os microorganismos incluindo a levedura de cerveja (fungo Saccharomyces cerevisiae), na ausência de 
oxigênio, são responsáveis pela degradação de moléculas de combustíveis presentes no feijão-soja e trigo à 
lactato e etanol. As bactérias láticas produzem lactato através da fermentação lática, onde o piruvato é reduzido 
à lactato pela lactato desidrogenase. Já o fungo S. cerevisiae converte a piruvato em etanol e CO2 em um processo 
que envolve a descarboxilação inicial do piruvato pela piruvato descarboxilase, formando acetaldeído, e posterior 
desidrogenação pela álcool desidrogenase, produzindo o etanol. Este processo é denominado fermentação 
alcóolica. 
Entretanto, caso o oxigênio não seja removido, ocorre à fermentação acética, que corresponde à 
transformação do álcool em ácido acético por determinadas bactérias, conferindo o gosto característico de 
vinagre. As principais espécies de bactérias acéticas são do gênero Acetobacter, que possuem grande importância 
indústria. Essas bactérias acéticas necessitam do oxigênio do ar para realizarem a acetificação. 
 
7) No início da década de 1930, Albert Szent György publicou a interessantíssima observação de que a adição de 
pequenas quantidades de oxaloacetato ou malato a suspensões de músculo respiratório de pombo macerado 
estimulava o consumo de oxigênio da preparação. Surpreendentemente,a quantidade de oxigênio consumida era 
sete vezes maior que a quantidade necessária para oxidar completamente (a dióxido de carbono e água) o 
oxaloacetato ou o malato adicionados. Por que a adição de oxaloacetato ou malato estimula o consumo de 
oxigênio? Por que a quantidade de oxigênio consumida é várias vezes maior que a quantidade necessária para 
oxidar completamente o oxaloacetato e o malato adicionados? 
 
O oxaloacetato e o malato são oxidados no ciclo do ácido cítrico e produzem coenzimas reduzidas (NADH 
e FADH2). Estas coenzimas reduzidas doam seus elétrons para uma cadeia transportadora de elétrons (complexos 
mitocondriais), culminando na redução do O2 e produção de H2O. 
 A quantidade oxigênio reduzido (consumido) é várias vezes maior que a quantidade necessária para 
oxidar completamente o oxaloacetato e malato adicionados, pois estes intermediários pertencem a uma via 
metabólica cíclica (ciclo do ácido cítrico) e estão constantemente produzindo NADH e FADH2. 
 
8) A reação catalisada pela succinil-CoA sintetase produz o composto de alta energia GTP. Como a energia livre 
contida no GTP é incorporada ao conjunto celular de moléculas de ATP? 
 
 O GTP formado pode entregar seu grupo fosfato terminal para o ADP para formar ATP, por meio da ação 
reversível da nucleosídio difosfato quinase ( GTP + ADP → ADP + ATP). Assim, o resultado final da atividade da 
succinil-CoA sintetase é a conservação de energia na forma de ATP. 
 
9) A respiração celular pode ser estudada empregando-se mitocôndrias isoladas e medindo seu consumo de 
oxigênio em diferentes condições. Se o malonato de sódio de 0,01 M é adicionado a mitocôndrias que respiram 
ativamente e utilizam piruvato como fonte de combustível, a respiração logo cessa e acumula-se um 
intermediário metabólico. 
 (a) Explique por que ele se acumula. 
 O intermediário metabólico acumula-se pois o malonato de sódio, um análogo do succinato, é um 
potente inibidor competitivo da succinato desidrogenase e por esse motivo, é um bloqueador do ciclo do ácido 
cítrico. 
 (b) Explique por que o consumo de oxigênio cessa. 
 O consumo de oxigênio cessa pois ocorre a inibição do ciclo do ácido cítrico e consequentemente da 
formação de NADH e FADH2, que doam elétrons para os complexos respiratórios e culmina no consumo do O2. 
 
 (c) Além da remoção do malonato, de qual outra maneira a inibição da respiração provocada por ele pode 
ser superada? Explique. 
A adição de succinato poderia reverter a inibição provocada pelo malonato, já que ambos os substratos 
competem pelo mesmo sítio catalítico da succinato desidrogenase. 
 
Estudo dirigido II da disciplina Metabolismo: 
 
Questões: 
 
1. Por volta de 1960, uma corrente da Medicina pregava que a melhor forma de tratar a obesidade era submeter 
pacientes obesos a um jejum prolongado e assistido. Esse tipo de tratamento permitiu a obtenção de uma série de 
dados a respeito do comportamento do organismo em jejum. Observe a tabela abaixo: 
 
Variações das concentrações plasmáticas de glicose e do conteúdo de glicogênio hepático de um paciente em jejum 
 0 2 h 4 h 1 dia 3 dias 7 dias 8 dias 10 dias 
Glicose (mM) 5,5 5,4 5,0 4,4 3,8 3,6 3,5 3,8 
Glicogênio hepático (g) 97 84 70 14 3 - - - 
 
a) Construa um gráfico com os dados apresentados na tabela: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 0 50 100 150 200 250
0
25
50
75
100
125
0
1
2
3
4
5
6
Glicose
Glicogênio
Jejum, horas
O
 
G
lic
o
gê
n
io
 
he
pá
tic
o
 
(g
)
•• ••
 G
lico
se
 (m
M)
b) A partir das informações apresentadas, descreva como a glicemia é mantida nos diferentes períodos do 
jejum. 
Nas primeiras horas depois de uma refeição, a concentração de glicose no sangue diminui levemente e os 
tecidos recebem a glicose liberada pela degradação do glicogênio hepático. Passadas 24 horas depois de uma 
última refeição, a glicose sanguínea cai ainda mais, a secreção de insulina diminui e a secreção de glucagon 
aumenta. Os esqueletos carbônicos dos aminoácidos glicogênicos são convertidos em piruvato ou 
intermediários do ciclo do ácido cítrico. Estes intermediários, bem como o glicerol derivado dos triacilgliceróis 
no tecido adiposo, fornecem o material inicial para a gliconeogênese no fígado, produzindo glicose para o 
cérebro. 
 
2. Quais são os quatro destinos metabólicos possíveis da glicose 6-fosfato? 
(1) glicose 6-fosfato → frutose 6-fosfato: glicólise 
(2) glicose 6-fosfato → glicose + Pi: gliconeogênese hepática e renal, reação catalisada pela glicose 6-
fosfatase do retículo endoplasmático 
(3) glicose 6-fosfato → 6-fosfoglicono lactona: via das pentose fosfato, reação catalisada pela glicose 6-
fosfato desidrogenase. 
(4) glicose 6-fosfato → glicose 1-fosfato: glicogênese, reação catalisada pela fosfoglicomutase. 
 
3. As enzimas características da gliconeogênese encontram-se no citosol, exceto: 
 
a) glicose-6-fosfatase, que se encontra na mitocôndria. 
b) frutose-1,6-bisfosfatase, que se encontra na mitocôndria. 
Xc) piruvato carboxilase, que se encontra na mitocôndria. 
d) frutose-1,6-bisfosfatase, que se encontra nos grânulos de glicogênio. 
e) piruvato carboxilase, que se encontra nos grânulos de glicogênio. 
 
4. A via das pentoses fosfato é uma fonte de todas as moléculas seguintes EXCETO: 
 
a) ribose-5-fosfato 
b) NADPH 
x c) ATP 
d) ácido 6-fosfogluconato 
 
5. A síntese de novo de glicogênio ocorre utilizando como iniciador: 
 
a) Moléculas de glicogénio pré-existentes 
b) Lactose 
x c) Glicogenina glicosilada 
d) Glicose livre 
e) Glicose 6-fosfato