Estudo dirigido Glicólise, ciclo de Krebs e cadeia respiratória bioquimica com resposta

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DISCIPLINA DE BIOQUÍMICA
ESTUDO DIRIGIDO 04
Glicólise, ciclo de Krebs e cadeia respiratória
NOME: Antônio Cantão
CURSO: Medicina Veterinária
Estudo dirigido – Metabolismo/Glicólise/Ciclo de Krebs/Transporte de elétrons
Comente o acoplamento metabólico entre catabolismo e anabolismo.
O ATP (moeda de troca energética) atua como uma ponte entre o catabolismo e anabolismo, tendo as reações catabólicas como produtoras de ATP e as anabólicas como consumidoras. Servindo como um transportador de grupos fosfato em reações de fosforilação.
As células dos organismos vivos necessitam energia para realizar trabalho. O que você entende por trabalho celular? De onde vem a energia para desempenhá-lo e sob que forma?
A respiração celular é um fenômeno que consiste basicamente no processo de extração de energia química acumulada nas moléculas de substancias orgânicas diversas, tais como carboidratos e lipídios. A energia vem da respiração celular que se inicia em glicólise, p assa pelo ciclo de Krebs e por fim na cadeia transportadora de elétrons gerado trinta e seis moléculas de energia denominadas ATPS.
Descreva a sequência das reações da via glicolítica (glicólise), identificando as enzimas que participam desta via.
1ª Etapa: Fosforilação da glucose. A primeira etapa da glicólise consiste na fosforilação da glucose, em glucose-6-fosfato, em presença de ATP e da enzima hexoquinase que atua tendo como cofactor, o ion Mg2+.
2ª Etapa: Isomerização da glicose. Neste segundo passo, a glicose-6-fosfato sofre catalise reversível da enzima fosfoexose isomerase, transformando-se em frutose-6-fosfato.
3ª Etapa. Fosfofrutoquinase. Enzima fosfofruquinase-1 catalisa a transferência de um grupo fosfato do ATP para a frutose-6-fosfato para liberar a frutose-1,6-difosfato, sendo essa uma reação irreversível a nível celula .
4ª Etapa: Clivagem da frutose-1,6-difosfato em duas trioses. A frutose-1,6-difosfato é quebrada para liberar duas trioses fosfato diferentes, o gliceraldeído-3-fosfato, uma aldose e a dihidroxiacetona fosfato, uma cetose.
5ª Etapa: Oxidação do gliceraldeído-3-fosfato: Esta etapa encerra a única oxidação que ocorre durante a glicólise. Realiza em presença de fosfato inorgânico e é catalisada por uma desidrogenase que tem a NAD+ como cofactor. Durante a etapa, a energia libertada pela oxidação é transferida para a formação de uma nova ligação fosfato, rica em energia. Apenas uma das trioses fosfato formada pela aldose (gliceraldeído-3-fosfato) pode ser diretamente degradada nos passos subseqüentes da glicólise. Já o produto dihidroxiacetona fosfato, é rápida e reversivelmente convertida em gliceraldeído-3-fosfato pela quinta enzima da seqüência glicolítica a triose fosfato isomerase. Esta reação encerra a fase preparatória da glicólise
6ª Etapa : Oxidação do gliceraldeído-3-fosfato em 1,3-difosfoglicerato. Este e o primeiro passo da fase de rendimento da glicólise, onde ocorre a conversão do gliceraldeído-3-fosfato em 1,3-difosfoglicerato, catalisado pelo gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase. É a primeira das duas reações conservadoras de energia da glicólise e que leva à formação de ATP. O grupo aldeído do gliceraldeído-3-fosfato é desidrogenado em um anidrido de ácido carboxílico como o ácido fosfórico, o acilfosfato. O receptor do hidrogênio é a coenzima NAD+ (forma oxidada da nicotinamina adenina dinucleotídeo). A redução do NAD+ ocorre pela transferência enzimática de um íon hidreto (H-) do grupo aldeído para liberar a coenzima reduzida NADH. Este, por sua vez, precisa ser reoxidado até NAD+, pois as células possuem um número limitado de NAD+.
7ª etapa:. Transferência do fosfato do 1,3-difosfoglicerato para o ADP. A enzima fosfogliceratoquinase transfere o grupo fosfato de alta energia do grupo carboxila do 1,3-biofosfoglicerato para o ADP, formando ATP e 3-fosfoglicerato. É irreversível nas condições celulares.
8ª Etapa: Conversão do 3-fosfoglicerato em 2-fosfoglicerato. A enzima fosfoglicerato mutase catalisa a transferência reversível do grupo fosfato entre C-2 e C-3 do glicerato. O íon Mg+2 é essencial para esta reação.
9ª Etapa: Desidratação do 2-fosfoglicerato para fosfoenolpiruvato .A segunda reação glicolítica que gera um composto com alto potencial de transferência de grupo fosfato é catalisado pela emolase. Essa enzima promove a remoção reversível de uma molécula de água do 2-fofoglicerato para liberar fosfoenolpiruvato.
10ª Etapa: Transferência do grupo fosfato do fosfoenolpiruvato para o ADP. O último passo na glicólise é a transferência do grupo fosfato do fosfoenolpiruvato para o ADP, catalisada pelo piruvato quinase. Nesta reação, a fosforilação em nível do substrato, o produto piruvato aparece primeiro na sua forma enol. Entretanto, esta forma tautomeriza-se rapidamente para liberar a forma ceto do piruvato, forma que predomina em pH 7,0. Essa reação é irreversível em condições intracelulares.
Reação (enzima) da glicólise que incorpora um fosfato inorgânico com a concomitante formação de NADH?
Oxidação do gliceraldeído-3-fosfato em 1,3-difosfoglicerato
O que você entende por fosforilação ao nível de substrato? Indique em quais reações da glicólise ocorre esse tipo de fosforilação.
A fosforilação no nível do substrato é um processo que resulta na formação de espécies como ATP ou GTP na qual o fosfato adicionado advém de um intermediário reativo fosforilado. Esse processo difere da fosforilação oxidativa, na qual a energia deriva d o gradiente eletroquímico através da membrana interna mitocondrial e o fosfato adicionado era inicialmente um fosfato inorgânico.
Justifique porque durante a glicólise há um ganho líquido de 2 ATPs?
Na segunda etapa da glicólise, etapa de recuperação de energia, são produzidos 2 ATPs para cada molécula de gliceraldeído fosfato que inicia esta etapa, sendo produzidos no total 4 ATPs; como na primeira etapa haviam sido gastos dois ATPs, o ganho líquido é de 2 ATPs.
Explique quais são as vias de reoxidação do NADH, em condições de aerobiose e anaerobiose.
Quais podem ser os destinos tomados pelo piruvato que é produzido na glicólise? Qual a importância biológica da entrada deste na mitocôndria?
Após sua síntese pela glicólise a molécula de piruvato está sujeita a duas condições: se em presença de oxigênio a molécula irá passar por uma série de reações e será convertida a Acetil -CoA e então i rá participar do ciclo de Krebs, onde irá produzir 1 GTP, 1 FADH2 e 3 NADH, que na cadeia respiratória irão ser convertidos a 12 ATPs por cada molécula de piruvato (lembrando que cada molécula de glicose origina 2). Quando em ausência de oxigênio (no caso de alguns fungos, como as leveduras), ou quando não há mitocôndrias o suficiente para que o corpo metabolize a demanda de piruvato produzida, o corpo entra em anaerobiose. O piruvato então sofre ação da enzima lactato desidrogenase e de um NADH, que é oxidado a NAD+ (e volta para ser utilizado na via glicolítica). Como produto desta reação obtém-se lactato (ácido lático). Outro exemplo de reação anaeróbia se dá por atuação da piruvato desidrogenase, que descarboxilase a molécula, originando o acetaldeído. O acetaldeído, por ação da enzima álcool desidrogenase e do NADH produz etano e libera NAD+ (que volta para ser utilizado na via glicolítica).
Como está organizada a cadeia respiratória? Esquematize uma célula eucariótica típica, localizando nela os locais onde ocorrem as seguintes reações:
A cadeia respiratória, também conhecida como cadeia transportadora de elétrons, é composta de uma série de enzimas aceptoras de elétrons, os citocromos (são proteínas dotadas de um anel central, com íons ferro). 
Todos eles estão presentes junto das cristas mitocondriais, onde a cadeia respiratória acontece. Os pares de elétrons provenientes dos átomos de hidrogênio, ao passarem de um citocromo para outro, vão liberando energia e alcançando níveis energéticos progressivamente mais baixos.Ao mesmo tempo, os prótons H+ circulam pelo espaço existente entre as membranas interna e externa das mitocôndrias. Em algumas etapas da passagem dos pares de elétrons pela cadeia respiratória, a energia liberada é suficiente para que uma molécula de ADP seja ligada a mais um grupo fosfato, formando uma molécula de ATP. Como essa fosforilação se faz graças à energia proveniente da oxidação da glicose, é chamada fosforilação oxidativa. Quando os elétrons entram na cadeia respiratória vindos dos átomos de hidrogênio trazidos pelo NADH, permitem a produção de três moléculas de ATP. Quando são trazidos pelo FADH, apenas duas moléculas de ATP são geradas.
Ciclo de Krebs. Cadeia respiratória fosforilação oxidativa.
Quantos ATPs são sintetizados a partir da reoxidação do NADH e do FADH2? Explique.
Cada NADH gera de 2,5 a 3 ATPs, e cada FADH2 gera de 1,5 a 2 ATPs
Conceitue fosforilação oxidativa.
De acordo com o próprio nome, a fosforilação oxidativa consiste na transferência de um grupo fosfato para um composto orgânico. A fosforilação oxidativa, também conhecida por fosforilação da cadeia respiratória, é um processo de síntese do ATP a partir do ADP e do fosfato inorgânico, decorrente da transferência de elétrons do NADH e do FADH2 para o oxigênio molecular. A fosforilação oxidativa está ligada à cadeia respiratória de transporte de elétrons. É a principal fonte de ATP nos organismos heterotróficos em condições aeróbicas. Nestas condições formam-se 36 ou 39 moléculas de ATP pela oxidação completa de uma molécula de glicose em dióxido de carbono e água.
Descreva a teoria quimiosmótica.
A quimiosmose é a difusão de iões através de uma membrana permeável seletiva. Refere-se, de modo específico, à produção de ATP através do movimento de iões hidrogénio através de uma membrana interna, durante a respiração celular.
Para que serve a ATP sintase?
ATP sintase é o nome genérico dado a enzimas que fornecem energia para o funcionamento das células através da síntese de ATP (trifosfato de adenosina) a partir de ADP (adenosina bifostato) e de fosfato inorgânico, utilizando para isso alguma forma de energia.
Monte um esquema com os intermediários do CK e as enzimas que catalisam cada reação.
Quais coenzimas participam do Ciclo de Krebs? Indique as vitaminas que as originam.
O ciclo inicia -se quando o piruvato que é sintetizado durante a glicólise é transformado em acetilCo-A por ação da enzima piruvato desidrogenase. Este composto reage com o oxaloacetato que é um produto do ciclo anterior formando-os e citrato. O citrato da origem a u m composto de cinco carbonos, o alf a-cetoglutarato com liberação de NADH, e de CO 2. O alfa-cetoglutarato da origem a outros compostos de quatro carbonos com formação de GTP, FADH2 e NADH e oxaloacetato. Após o ciclo de Krebs ocorre outro processo denominado fosforilação oxidativa. Ou uma forma mais resumida: O oxaloacetatoune-se ao acetilCoa para formar citrato. Depois esta molécula sofre hidratações, escaboxilações e forma o alfa-cetoglutarato, que depois uma descarboxilação e uma fosforilação produz uma molécula de ATP.
Quais as principais finalidades do Ciclo de Krebs?
A oxidação de acetil-CoA, que se obtém da degradação de carboidratos, ácidos graxos e aminoácidos a duas moléculas de CO2. Esta oxidação é feita para gerar energia, ou seja, ATP. 
Na oxidação de acetil-CoA no Ciclo de Krebs, indique as enzimas que catalisam reações onde há produção ou consumo de: CO2, GTP ou ATP, NADH, FADH2.
As enzimas envolvidas nas reações do ciclo de Krebs estão todas dentro da mitocôndria. São elas: síntase do citrato (acetil-CoA + oxalacetato + H2O → citrato + CoA), aconitase (citrato ↔ isocitrato), desidrogénase do isocitr ato (isocitrato + NAD+ → α -cetoglutarato + CO2 + NADH), desidrogénase do α-cetoglutarato (α-cetoglutarato + NAD+ + CoA → succinil-CoA + NADH + CO2), sintétase de succinil -CoA [succinil-CoA + GDP (ou ADP) + Pi ↔ succinato + CoA + GTP (ou ATP)] , desidrogénase do succinato1 (succinato + FAD → fumarato + FADH2), fumárase (fumarato + H2O ↔ malato) e desidrogénase do malato (malato + NAD+ ↔ oxalacetato + NADH) Se ignorarmos momentaneamente a formação de NADH, FADH2, ATP (ou GTP), CO2 e CoA poderemos escrever a seguinte sequência de transformações: oxalacetato (+ acetil-CoA) → citrato → isocitrato → α-cetoglutatarato → succinil -CoA → succinato → fumarato → malato → oxalacetato. O facto de iniciarmos e terminarmos a listagem com o mesmo composto (o oxalacetato) evidencia o carácter cíclico do processo.
Explique porque o CK é considerado uma via anfibólica (anabólica e catabólica ao mesmo tempo).
É uma via anfibólica por seus intermediários poderem servir tanto ao catabolismo quanto ao anabolismo. Dessa forma, a degradação de glicose, ácidos graxos, e de alguns aminoácidos podem gerar acetil -CoA, que será usado no processo. Porém, os intermediários desse ciclo podem, também, formar as moléculas precursoras do acetil -CoA.
Por que o Complexo II não tem a mesma capacidade de gerar gradiente de prótons que os demais complexos na cadeia de transporte de elétrons?
Comente sobre a importância do O2 para a síntese de ATP?