Bioquímica Geral

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Bioenergética
Profa. Dra. Cristiane J. Furlaneto
Bioenergética
• A bioenergética descreve as transferências e utilização de energia 
em sistemas biológicos.
Conceitos úteis:
• DG energia liberada em um sistema quando este sofre
transformação
• DG - reação exergônica - fornece energia para o meio
espontaneamente
• DG+ reação endergônica - adquire energia do meio, não é
espontânea
Em sistemas biológicos ocorrem reações simultâneas com
frequência- acoplamento de reações .
Bioenergética
Transformações energéticas:
• Operadas a nível molecular
• Utilização do produto obtido através da 
fotossíntese realizada pelo reino vegetal
• Capacidade de degradação de moléculas para 
obtenção de energia
• Realizadas por estruturas complexas 
localizadas no interior das células vivas
Princípios de termodinâmica
Termodinâmica é o ramo da ciência que estuda as diferentes 
formas de energia e sua obtenção.
Fundamentada em dois grandes princípios:
• 1° Princípio: A energia do universo é constante.
A quantidade total de energia no universo não aumenta e 
nem diminui.
As manifestações de energia são conversões de uma na 
outra, não sendo criadas ou destruídas.
Princípios de termodinâmica
• 2°. Princípio: A Entropia do universo tende a
aumentar.
Entropia: grau de desordem ou de acaso
Os sistemas desorganizados nunca tendem a se
organizar espontaneamente, portanto, para
diminuição do grau de entropia e manutenção da
ordem precisamos da utilização de energia.
Princípios de termodinâmica
• Entalpia: quantidade de energia interna disponível de
um sistema considerado isoladamente.
• Entropia: grau de desordem atômico molecular de um 
sistema cuja tendência natural é aumentar
• Célula viva = mecanismos de manutenção de baixo 
grau de entropia.
• Morte celular – vitória da entropia sobre a 
organização celular.
Equação de Gibbs
ΔG = ΔH – T. ΔS
Onde:
• ΔG= Variação de energia livre
• ΔH= Variação da entalpia
• ΔS= Variação da entropia
• T= Temperatura
Cinética Química
• Uma reação química depende do movimento 
cinético das moléculas que pode ser 
favorecido pela elevação da temperatura, 
aumento da pressão, agitação, etc.
• Cinética dos sólidos < líquidos < gases
Cinética Química
 Biocatalizadores: enzimas que diminuem a
necessidade de um grande quantidade de energia de
ativação, acelerando a velocidade das reações
 Reações biomoleculares: precisam da presença de
biocatalisadores necessários para a ativação de uma
reação química, pela incapacidade que o meio interno
possui de sofrer alterações de temperatura, pressão e
concentração de reagentes.
Acoplamento das reações
• Acoplamento de reações:
Uma reação endergônica (que consome energia e 
não é espontânea) ocorre simultaneamente a uma 
reação exergônica(que fornece energia e é 
espontânea).
Em seres vivos, o acoplamento costuma ser feito 
por compostos intermediários (compostos ricos 
em energia), que acumulam a energia para depois 
transferí-la a outro sistema.
Compostos ricos em energia
Ex. ATP
• A energia liberada na 
queima da glicose é 
utilizada para síntese 
de moléculas de ATP
• A energia no ATP é 
armazenada por 
ligações fosfato, 
facilmente rompidas 
fornecendo energia 
para as diferentes 
atividades biológicas.
Produção de energia
• Seres autótrofos
6CO2 + 6H2O + C6H12O6 + 6O2
Processo endergônico
• Seres heterótrofos
C6H12O6 + 6O 2 6CO2 + 6H2O +
onde = 680 Kcal
ATP
• Produzido através da fosforilação oxidativa realizado
por meio de uma cadeia transportadora de elétrons
com consumo de O2.
• Produzido através de fosforilação a nível de substrato,
quando um composto rico em energia se transforma
em um composto pobre em energia. 
Reações de óxido redução
Reações que se processam com transferência de 
elétrons de um doador (redutor) para um aceptor de 
elétrons (oxidante).
• Oxidação: doação de elétrons
• Redução : recebimento de elétrons
• Potencial redox: capacidade de doar ou receber 
elétrons. Cada elemento possui seu potencial redox
definido em volts.
Reações de óxido redução:
compostos intermediários
• NAD (nicotinamida adenina dinucleotídeo)
Forma reduzida: NADH
Forma oxidada NAD+
• FAD (flavina adenina dinucleotídeo)
Forma reduzida: FADH2
Forma oxidada: FAD
Cadeia respiratória (CR) ou cadeia
de transporte de elétrons
• É uma sequência de reações do tipo óxido-
redução que ocorrem nas cristas mitocondriais 
com o objetivo de reagir o H liberado de 
compostos orgânicos com o O2 respiratório 
para produzir água e energia na forma de ATP.
CR
Mitocôndria
• A cadeia de transporte de elétrons está presente na membrana interna da 
mitocôndria. O transporte de elétrons e a síntese de ATP pela fosforilação 
oxidativa acontece em todas as células que contém mitocôndrias.
• A membrana mitocondrial interna pode ser subdividida em cinco complexos 
enzimáticos, de I a IV ocorrem transportes de elétrons e o V catalisa a síntese 
de ATP.
• Cada complexo aceita ou doa elétrons para transportadores como coenzima Q 
e citocromos até finalmente combinar-se com o oxigênio e prótons dando H20.
• A necessidade do oxigênio torna o transporte de elétrons uma cadeia 
respiratório que responde pela maior parte da utilização do oxigênio corporal. 
• Cadeia respiratória - conjunto de substâncias das cristas mitocondriais que 
permitem a combinação de hidrogênio (dos compostos orgânicos) com o 
oxigênio respiratório dando água + energia.
Mitocôndria
Cristas
Cadeia respiratória
Potencial redox do H e O2 são muito distantes entre si.
Esta reação não pode ocorrer de uma só vez porque a energia
liberada não poderia ser armazenada, então são necessários
compostos intermediários entre o H e o O2 para a transferência de
elétrons a fim de que a energia possa ser armazenada. 
Compostos intermediários: NAD, FAD, FMN, Coenzima Q 
(ubiquinona) e citocromos.
A energia é liberada á medida que os elétron são transferidos de um 
doador para um receptor
Cadeia respiratória
Cadeia respiratória
• o hidrogênio (1 próton e 1 elétron) é transferido para o 
NAD+ e daí para o FAD. Nos citocromos haverá apenas a 
transferência de elétrons, indo os prótons para a solução.
• em cada reação haverá liberação parcial de energia, pela 
diferença de potencial redox. A energia será proporcional ao 
desnível energético de cada caso.
• a soma das energias deverá ser igual ao calor de formação 
da água ( 57kcal)
• as reações com variação energética pequena, não poderão 
fornecer energia para síntese de ATP (10kcal). Somente 
aquelas com DG maiores poderão ser locais de síntese de 
ATP.
CR a partir do NAD = 3 ATP
CR a partir do FAD = 2 ATP
Regulação da CR
Razão ATP/ADP na matriz mitocondrial
• Quanto maior a concentração de ATP, menor a 
velocidade da CR
• Quanto maior a concentração de ADP, maior a
velocidade da CR.
Razão NAD+/ NADH
• Quanto maior a concentração de NAD+, menor a
velocidade da CR
• Quanto maior a concentração de NADH, maior a
velocidade da CR.
Regulação da CR
1- Inibidores
- Substâncias que inibem o transporte de elétrons:
• Monóxido de carbono e cianeto: cit C
• Raticidona rotenona: complexo I
• Antimicina A: complexo III
2- Aceptores - substâncias de potencial redox 
intermediário aos componentes da C.R. 
Reguladores de CR
Desacopladores
Substâncias que não interferem no transporte 
de elétrons, mas impedem a fosforilação do 
ADP em ATP.
• 2,4 dinitrofenol
• Valinomicina
• Gramicidina
• Tiroxina
Ciclo de Krebs
• Sequência
de reações cíclicas com a 
finalidade de oxidar moléculas de Acetil-CoA
até CO2, com a liberação de átomos de 
hidrogênio para produção de energia na 
cadeia respiratória.
• Ocorre na matriz mitocondrial
CK
CK
• Cada volta no CK consome uma molécula de
Acetil CoA
• Aciona 4 cadeias respiratórias: 3 cadeias via
NADH e 1 via FADH2
• Cada ciclo produz 2 CO2 e consome 2 O2
• Regeneração de uma molécula de 
oxalacetato do final do ciclo depois da 
degradação completa de Acetil CoA.
Sequência de reações- CK
• Condensação do oxalacetato (4C)com Acetil CoA
(2C)
• Catalisada pela enzima citrato sintetase para 
formação de citrato (6C)
• Citrato: pode dar continuidade ao CK ou, por ser 
permeável à membrana mitocondrial, pode 
inibir FFK regulando a glicólise
• Reação irreversível
CK
Isomerização do citrato
• Citrato (6C) isocitrato (6C)
• Reação catalisada pela aconitase
CK- Descarboxilação oxidativa do 
isocitrato
• Isocitrato (6C) alfa ceto-glutarato (5C) + 
CO2
• Reação catalisada pela isocitrato desidrogenase
• Produção de uma molécula de CO2
• Liberação de H e acionamento de uma cadeia 
respiratória através da redução de um NAD+
(3 ATPs)
CK- Descarboxilação oxidativa do alfa-
cetoglutarato
• Alfa-cetoglutarato (5C) succinil CoA (4C) 
+ CO2
• Catalisada pela enzima alfa-cetoglutarato
desidrogenase
• Acionamento de uma CR através da redução 
do NAD+ (3 ATPs)
• Reação irreversível
• Incorporação de uma molécula de HSCoA
CK
Formação de GTP a nível de substrato
• Succinil CoA ( 4C) Succinato (4C) + HSCoA
• Liberação da molécula de CoA livre
• GTP equivalente a 1 ATP
CK- Desidrogenação do succinato
• Succinato (4C) fumarato (4C)
• Catalisada pela succinato desidrogenase
• Acionamento de uma cadeia respiratória a 
partir da redução de um FAD (2 ATPs)
CK
Hidratação do fumarato
• Fumarato (4C) + H2O Malato (4C)
• Reação catalisada pela fumarase
CK- Desidrogenação do malato
• Malato (4C) oxaloacetato (4C)
• Reação catalisada pela malato desidrogenase
• Acionamento de uma cadeia respiratória pela
redução de um NAD+ (3 ATPs)
• Regeneração de um oxaloacetato
Rendimento energético - CK
• Liberação de 2 CO2
• 3 CR por NAD +1 CR por FAD = 4 CR
• 1 ATP por substrato (GTP)
• Consumo de 2 O2 e liberação de 2 CO2
• Produção de 4 H2O pela CR
• Saldo de ATP produzido para 1 molécula de 
Acetil CoA : 12 ATPs
Regulação do CK
Enzima Marca-passo:
• Isocitrato desidrogenase
Ativada por ADP
Inibida por ATP e NADH