001 Introducao ao Metabolismo 2011 1 007(1) maio

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Termodinâmica
Energia
(Calor)
Trabalho
(movimento)
Máquina à vapor
Leis:
1ª Lei: 
Princípio da conservação da energia:
A energia não pode ser criada nem destruída. Pode somente mudar a forma ou o local em que ela se apresenta
2ª Lei:
Princípio da “desordem crescente”
Nos processos espontâneos há uma tendência a aumentar o grau de desordem. o universo sempre tende para a desordem crescente: em todos os processos, naturais a entropia do universo aumenta.
“Termodinâmica é o conjunto de princípios que regem as transformações de energia”
DG= DH -T DS 
1
Os dois componentes de DG
Energia livre de Gibbs, G:
Quantidade de energia associada a uma reação, capaz de realizar trabalho.
Quando a reação libera energia a variação na energia livre de Gibbs tem sinal negativo
DG<0 (exergônica)
Quando a reação absorve energia a variação na energia livre de Gibbs tem sinal positivo
DG>0 (Endergônica)
Entalpia, H:
É o conteúdo de calor de um sistema. 
Reflete o número e o tipo de ligações químicas nos reagentes e nos produtos
Quando uma ligação libera calor DH tem, por convenção ,um sinal negativo.
DH< 0 (Exotérmica)
Quando uma ligação absorve calor DH tem, por convenção ,um sinal positivo
DH>0 (Endotérmica)
Entropia, S:
É uma expressão do grau de desordem de um sistema.
Quando os produtos de uma reação são menos complexos ou mais desordenados que os reagentes a reação ocorre com ganho de entropia
DS>0 (Aumento da desordem)
 DS<0 (Diminuição da desordem)
DG= DH -T DS 
A variação de energia livre (DG) depende da variação do conteúdo de calor (DH) e da variação no grau de desordem
2
Os dois componentes de DG
DG= DH -T DS 
Entalpia
Entropia
(calor) 
m
d
e
s
o
r
d
e
Quanto mais calor for liberado mais favorável é a reação
Quanto maior for o aumento na desordem, mais favorável é a reação
3
Variação da entropia na combustão da glicose 
Glicose
(um sólido)
O2
(um gás)
7 moléculas
CO2
(um gás)
H2O
(um líquido)
12 moléculas
gelo
água
vapor
C6H12O6 6O2  6CO2 6H2O
4
Introdução ao Metabolismo
Metabolismo – é o conjunto das reações bioquímicas que ocorrem em um organismo
Metabolismo energético 
parte do metabolismo que diz respeito ao armazenamento e utilização de energia
Metabolismo de lipídeos 
diz respeito a síntese e degradação de lipídeos
Metabolismo de açúcares 
diz respeito a síntese e degradação açúcares
A unidade do metabolismo é a via metabólica:
Cada via metabólica tem uma função
Para que serve na célula?
Cada via metabólica tem sua regulação
Como é ligada e desligada?
Cada via metabólica tem suas conexões
Com que outras vias se conecta?
Mapa metabólico 
v
v
Existem alguns intermediários-chave no metabolismo energético
Glicogênio
Piruvato
Acetil—CoA 
Ácido graxo
Aminoácidos
Observações:
Seis delas se agrupam em pares
Glicogênese (1) X glicogenólise (2)
Glicólise (3) X Gliconeogênese (4)
Síntese de ác. Graxo (8) X Ox. ác. Graxo (9)
Duas são cíclicas:
Ciclo de krebs (6)
Ciclo da uréia (11)
Vias do metabolismo energético
Glicose
Piruvato
Ribose
Acetil—CoA 
Ácido graxo
glicólise
gliconeogênese
Via das pentoses
Síntese de ác. graxo
Oxidação de ác. graxo
glicogênese
glicogenólise
Glicogênio
Fosforilação oxidativa
Ciclo da uréia
Aminoácidos
Oxidação de aác.
1
2
3
4
5
Ciclo de Krebs
6
7
8
9
10
11
NH3
(amônia)
CO2
H
v
v
v
uréia
O2
H2O
ADP
ATP
Catabolismo X Anabolismo
Catabolismo é a fase de degradação do metabolismo
em que moléculas orgânicas de nutrientes (carboidratos,
gorduras e proteínas) são convertidos em moléculas menores e mais simples
produtos (como o ácido láctico, CO2, NH3).
As vias Catabólicas liberam energia. 
Parte dessa energia é aprisionada:
na molécula de ATP 
nos transportadores de elétrons (NADH, NADPH e FADH2), 
o restante é perdida como calor
No anabolismo (biossintese) moléculas complexas (lipideos, polissacarídeos, proteínas, ácidos nucléicos) são produzidos à partir de precursores simples 
As reações anabólicas exigem uma entrada
de energia, geralmente sob a forma :
 das ligações fosfoanidrido do ATP e 
do poder redutor do
NADH, NADPH e FADH2
Macromoléculas
Proteínas
Polissacarídeos
Lipídeos
Ácidos nucléicos
Anabolismo
Catabolismo
Nutrientes
Carboidratos
Gorduras
Proteínas
Energia 
química
Produtos finais
CO2
H2O
NH3
Moléculas
Precurssoras
Aminoácidos
Açúcares
Ácidos graxos
Bases nitrogenadas
7
ATP 
um carreador de grupamentos fosfato e de energia quimica
Via glicolítica
Fosforilação oxidativa
Biossínteses
Formação de gradientes (transporte)
Movimentação celular
Glicose
Piruvato
O2 + H+ + e-
H2O
ATP 
ADP + Pi
Fosforilações
Estrutura do Trifosfato de adenosina (ATP)
P
P
Ribose
Base
P
ATP
Pensando simples
Vias exergônicas
(oxidações)
Vias endergônicas
8
Como sistema ATP—ADP funciona 
Quantidade
de
Energia
Contida na molécula
P
fosfato
P
P
Ribose
Base
ADP
a
b
P
P
Ribose
Base
P
ATP
g
a
b
Quando o fosfato se liga ao ADP absorve grande quantidade de energia, que fica armazenada na forma de uma ligação de alta energia ( )
Quando a ligação é 
quebrada essa energia é liberada
Energia
As variações de energia são aditivas
Soma:
Cada reação, (1) e (2), tem sua constante de equilíbrio
Como são reações seqüenciais B se cancela durante a soma
A reação total A  C tem sua própria variação de energia que é a soma das variações de energia das reações parciais
Esse princípio explica como uma reação termodinamicamente desfavorável (endergônica) pode ser direcionada para a frente quando acoplada a uma reação altamente exergônica através de um intermediário em comum
Ex:
Soma:
10
Energias livres padrão de hidrólise de alguns compostosfosforiladose doacetil-CoA(umtioéster)
Obs.
DG’o
(kJ/mol)
(kcal/mol)
Fosfoenolpiruvato
Intermediário da glicólise
-61.9
-14.8
1,3-bisfosfoglicerato
(3-fosfoglicerato+Pi)
Intermediário da glicólise
-49.3
-11.8
Fosfocreatina
-43.0
-10.3
ADP (AMP +Pi)
fosfoanidrido
-32.8
-7.8
ATP (ADP +Pi)
fosfoanidrido
-30.5
-7.3
ATP (AMP +PPi)
fosfoanidrido
-45.6
-10.9
PPi(2Pi)
fosfoanidrido
-19.2
-4.0
glicose 1-fosfato
Intermediário da glicólise
-20.9
-5.0
Frutose 6-fosfato
Intermediário da glicólise
-15.9
-3.8
Glicose-6-fosfato
Intermediário da glicólise
-13.8
-3.3
Glicerol 1-fosfato
-9.2
-2.2
Acetil-CoA
-31.4
-7.5
M-P + H2O  M + Pi
Posição intermediária
11
Compostos de alta e de baixa energia
Identificando o estado redox dos átomos de carbono
Totalmente
oxidado
Totalmente
reduzido
O
H
Função
química
-
3
Alcano
1
3
Alcool
1
1
(0)
Aldeído
(cetona)
2
1
Ácido carboxílico
2
-
Gáscarbônico
Quando examinamos uma molécula ou grupamento químico:
Oxigênio é um indicador de oxidação
Hidrogênio é um indicador de redução
Muita energia
Nenhuma energia
13
Moléculas importantes como combustíveis enegéticos
Qual é mais reduzida e qual é mais oxidada?
Qual vai liberar mai energia após sua oxidação total?
Qual tem potencial para produzir mais ATP?
14
Um exemplo de reação redox
Lactato
(álcool)
Piruvato
(cetona)
Lactato desidrogenase
Oxidação do lactato a piruvato 
Desidrogenação:
dois elétrons e dois íons de hidrogênio (o equivalente a dois átomos de hidrogênio) são removidos do C-2 de lactato, um álcool, para formar piruvato, uma cetona.
Nas células a reação é catalisada pela enzima lactato desidrogenase e os elétrons
são transferidos para um cofator chamado nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD+).
15
NADH e NADPH 
transportadores solúveis de elétrons
No NADP este grupo hidroxila
é esterificado com fosfato
P
P
Ribose
Base
Base
P
Fórmula esquemática 
do NAD(P)+
+
NAD+
(NAD oxidado)
NADH
(NAD reduzido)
nicotinamida
adenina
Capacidade de se oxidar e se reduzir
A nicotinamida é o grupamento funcional
Incorpora um íon hidreto
(H2-)
Ribose
16
Funções do NAD e do NADP
NAD  oxidação de combustíveis
NADP  biossíntese
Via glicolítica
Ciclo de Krebs
Oxidação de 
ácidos graxos
Cadeia de transporte de elétrons
NAD+
NADH
O2
H2O
Biossíntese de lipídeos
Outras biossínteses
Via das pentoses
NADPH
NADP+
Glicose (C6)
Pentose (C5)
Vias Anabólicas
Vias Catabólicas
Outras vias oxidativas
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Deficiência em niacina causa a Pelagra
Pelagra – do italiano “pele áspera”
Sintomas (3 Ds)
Dermatite
Diarréia
Demência
Nos EUA entre 1912 e 1916, 100.000 pessoas foram afligidas pela pelagra, ocorreram 10.000 mortes
Em 1920 Joseph Goldberguer mostrou que a pelagra era dívida à uma deficiência nutricional
Em 1937 um grupo de pesquisadores identificou a niacina como agente curativo para essa doença 
O ácido nicotínico foi produzido pela primeira vez em laboratório à pratir da nicotina, daí seu nome. Mas a ingestão de nicotina não tem nenhum efeito curativo sobre a pelagra
Niacina
(ácido nicotínico)
Nicotinamida
Nicotina
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FAD e FMN
transportadores de elétrons associados à proteínas
Isoaloxazina (flavina)
FADH• (FMNH• )
(Semiquinona)
FADH2 (FMNH2)
(Totalmente reduzido)
FMN
FAD
Flavina adenina dinucleotídeo (FAD) e
mononucleótido de flavina (FMN)
P
P
Ribose
Ribose
Base
Base
P
Ribose
Base
Pensando simples
FAD
FMN
Capacidade de oxirredução
Flavina é o grupamento funcional
Incorpora H2
19
Variações de			
nas reações químicas
energia
DG
= variação
G = energia livre de Gibbs
Lê-se: variação na energia livre de Gibbs
A
B
DG é usada como medida na variação de energia das reações
DG serve como uma medida da espontaneidade da reação 
Qundo DG é negativo significa que a reação libera energia e portanto é espontânea 
A
B
DG negativo
Quando DG é igual a zero significa que a reação se equilibra com concentrações iguais de reagentes e produtos
A
B
DG = 0
Quando DG é positivo significa que a reação absorve energia. Isso significa que a reação inversa é espontânea
A
B
DG positivo