Apostila bioquímica

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS – PUCGO
DEPARTAMENTO DE BIOMEDICINA – CBB
APOSTILA I
BIOQUÍMICA III
DISCIPLINA: CBB – 3243 – BIOQUÍMICA III
DOCENTE: IVANISE CORREIA DA SILVA MOTA
2009
SUMÁRIO
1. Histórico.....................................................................................................03
2. Glicólise......................................................................................................04
3. Ciclo de Krebs...........................................................................................08
4. Via das Pentoses-fosfato........................................................................11
5. Bibliografia..................................................................................................14
HISTÓRICO
	Em 1860, Loius Pasteur observou e descreveu o processo de fermentação como um processo indissoluvelmente ligado às células vivas. 
	Em 1897, Hans e Eduard Büchner pesquisavam como conservar extratos de levedura isento de células, sem utilizar anti-sépticos. Experimentaram então a sacarose, como substância conservadora e o resultado foi uma fermentação com rápida produção de álcool.
	Em 1905, Arthur Harden e William Young, ao unirem glicose com extrato de leveduras observaram uma rápida e breve fermentação, contudo, ao adicionarem fosfato inorgânico (Pi) o processo fermentado continuava. Posteriormente, isolaram a frutose 1,6 bisfosfato, chegando a outros compostos presentes na degradação da glicose. 
	A via glicolitica completa foi elucidada por volta de 1940. Vários foram os cientistas que contribuíram para o esclarecimento da via entre eles: Gustav Embdet, Otto Meyerhof, Carl Neuberg, Jacob Parnas, Otto Warburg, Gerty Cori e Carl Cori. 
	Nos organismos superiores o processo de produção de energia a partir da oxidação dos alimentos é composto por 03(três) estágios de geração de energia:
# 1º As moléculas maiores dos alimentos sofrem quebras na sua estrutura molecular até se tornarem unidades menores, gerando então os “osídeos” que serão hidrolisados`a ”oses”, as proteínas a aminoácidos e os lipídeos a glicerol e ácidos graxos.
# 2º A glicólise – numerosas moléculas de glicose são degradadas a unidades simples, gerando energia utilizável na forma de alguns poucos ATP e exercem papel central no metabolismo.
# 3º Ciclo de Krebs ou Ciclo do ácido cítrico e fosforilação oxidativa – Momento de degradação dos alimentos de maior produção de energia(mais de 90% de ATP).
GLICÓLISE
  A maioria dos tecidos tem alguma necessidade de glicose, por esta razão, a glicólise é a principal via do metabolismo da glicose, ocorrendo no citosol de todas as células. A capacidade da glicólise de produzir ATP na falta de oxigênio permite que o músculo esquelético trabalhe em níveis elevados mesmo na falta de oxigênio. 
 A concentração de glicose na corrente sanguínea é mantida a níveis sensivelmente constantes. A glicose entra nas células por difusão facilitada. Este processo não permite a acumulação na célula de concentrações de glicose superiores às existentes no sangue, consequentemente tem de manter glicose em seu interior, sendo realizado por modificação química da glicose pela enzima hexoquinase: 
 A membrana celular é impermeável à glicose-6-fosfato, que pode por isso ser acumulada na célula. A glicose-6-fosfato será utilizada na síntese do glicogênio (uma forma de armazenamento de glicose), para produzir outros compostos de carbono na via das pentoses fosfato, ou degradada para produzir energia - glicólise. 
 Para poder ser utilizada na produção de energia, a glicose-6-fosfato é primeiro isomerizada a frutose-6-fosfato. A frutose-6-fosfato é depois fosforilada a frutose-1,6-bisfosfato. Este é o ponto de não-retorno desta via metabólica: a partir do momento em que a glicose é transformada em frutose-1,6-bisfosfato não pode ser usada em nenhuma outra via. 
Seguidamente, a frutose-1,6-bisfosfato é clivada em duas moléculas de três carbonos cada:
 Estas duas moléculas (dihidroxiacetona fosfatada e gliceraldeído-3-fosfato) são facilmente interconvertíveis por isomerização. Portanto, basta uma via metabólica para degradar as duas. É por esta razão que a glicose-6-P foi isomerizada a frutose-6-P: Os aldeídos têm potenciais de oxidação-redução bastante baixos A reação de oxidação do gliceraldeído-3-fosfato pelo NAD+ é bastante espontânea. É uma reação tão exergónica que pode ser usada para produzir ATP . A produção de ATP é feita em dois passos. No primeiro, dá-se a oxidação do gliceraldeído-3-fosfato e a fosforilação do ácido produzido.
 Os ácidos fosforilados (tal como os fosfoenóis e os fosfoguanidinos) têm grupos fosfatos bastante energéticos: a saída do grupo fosfato dá origem a espécies muito mais estabilizadas por ressonância. O grupo fosfato do carbono 1 do 1,3-bisfosfoglicerato pode por isso ser transferido para ADP, produzindo ATP. 
O 3-fosfoglicerato é isomerizado a 2-fosfoglicerato, que depois de desidratado e. perder H2O dá origem a um fosfoenol:
Devido ao seu elevado potencial de transferência de fosfato, o fosfoenolpiruvato pode transferir um fosfato o ADP: 
Na glicólise gastam-se portanto dois ATP (primeira fase até a formação das duas moléculas de gliceraldeído-3-fosfato), e produzem-se quatro ATP. O NAD+ tem de ser regenerado, caso contrário a glicólise pára, uma vez que é substrato de uma das reações. Em condições aeróbicas, o NADH transfere os seus elétrons para a cadeia transportadora de elétrons. Na ausência de O2 o NADH transfere os seus elétrons para o próprio piruvato, dando origem a lactato. É o que se denomina fermentação : um processo em que o aceitador final dos elétrons provenientes da degradação é um produto orgânico da própria degradação. 
Regulação
Hexoquinase - Inibda pelo próprio produto Glicose-6-fosfato.
Fosfofrutoquinase - Principal enzima no controle da via glicolítica, altos níveis de ATP e citrato exercem inibição. Outro agente a inibi-la é H+. É estimulada por frutose-6-fosfato, AMP e ADP.
Piruvatoquinase - Controla o final da via que gera ATP e piruvato. O ATP e o acetil-CoA a inibe. 
CICLO DE KREBS
O piruvato produzido na glicólise ainda contém bastante poder redutor .Este poder redutor vai ser aproveitado pela célula no Ciclo de Krebs ou Ciclo do Ácido Cítrico, ocorrendo no interior mitocondrial. Em primeiro lugar, o piruvato é utilizado para produzir acetil-CoA, que é uma forma ativada de acetato.
Nesta reação intervém a piruvato desidrogenase. É uma enzima bastante complexa, que contém bastantes cofatores: lipoamida, FAD, coenzima A. A hidrólise do acetil-CoA é bastante exergónica, pelo que a sua formação exige energia. Essa energia provém da descarboxilação do piruvato A energia proveniente de descarboxilações é frequentemente usada pela célula para empurrar um equilíbrio no sentido da formação de produtos.
Na primeira reação do ciclo de Krebs, o acetil-CoA é adicionado a oxaloacetato, dando origem a citrato, numa reação de adição aldólica. A hidrólise do tioéster ajuda a deslocar o equilíbrio no sentido da formação de produtos:
O citrato é depois isomerizado a isocitrato. Este é então descarboxilado a a-cetoglutarato. Se o citrato não tivesse sido isomerizado a isocitrato antes da descarboxilação, esta produziria um composto de carbono ramificado, mais difícil de metabolizar. 
Tal como o piruvato, o α-cetoglutarato é um α-cetoácido, i.e., possui um grupo carbonilo adjacente ao grupo ácido carboxílico. É portanto de prever que reaja exactamente como o piruvato, i.e., que a sua descarboxilação forneça energia suficiente para que se forme uma ligação tioéster com a coenzima A A enzima responsável por esta reação, a α-cetoglutarato desidrogenase,. 
A ligação tioéster do succinil-CoA é bastante energética. A sua hidrólise vai constituiro único ponto do ciclo de Krebs onde ocorre produção direta de ATP (ou equivalente).
O succinato é, tal como o oxaloacetato, um produto com quatro carbonos. A parte final do ciclo de Krebs consiste em regenerar o oxaloacetato a partir do succinato. O succinato é primeiro oxidado a fumarato, pelo complexo succinato desidrogenase (também denominado complexo II), que se encontra na face matricial da membrana interna da mitocôndria. A oxidação de ligação simples a dupla (alcanos a alcenos) tem um potencial demasiado elevado para que os elétrons possam ser aceites pelo NAD+ . A célula utiliza portanto FAD como aceitador destes elétrons. A hidratação do fumarato produz malato, que depois é oxidado a oxaloacetato, completando o ciclo. Uma seqüência semelhante de reações ocorre na β-oxidação dos lipídeos. 
	O resultado do ciclo de Krebs é portanto: 
Acetil-CoA + oxaloacetato + 3 NAD+ + GDP + Pi +FAD ( oxaloacetato + 2 CO2 + FADH2 + 3 NADH + 3 H+ + GTP 
Regulação
Piruvato desidrogenase – Inibida pelo próprios produtos: acetil-CoA e NADH, estimulada pelo íon cálcio.
Citrato sintase – Inibida pelo citrato, NADH e succinil-CoA.
Isocitrato desidrogenase e a-cetoglutarato desidrogenase – Inibidas por NADH e succinil-CoA e estimuladas por íon cálcio. A isocitrato desidrogenase é também inibida por ATP e estimulada por ADP. 
VIA DAS PENTOSES-FOSFATO:
                              
Para realizar o seu anabolismo, a célula não precisa apenas de energia (ATP): também precisa de poder redutor, sob a forma de NADPH. O NADPH é produzido durante a oxidação da glicose-6-fosfato por uma via distinta da glicólise, a via das pentoses-fosfato ou desvio da hexose-monofosfato. Esta via é muito ativa em tecidos envolvidos na biossíntese de colesterol e de ácidos gordos (fígado, tecido adiposo, córtex adrenal, glândulas mamárias). Esta via também produz ribose-5-P, o açúcar constituinte dos ácidos nucleicos.
A glicose-6-fosfato é primeiro oxidada no seu carbono 1, dando origem a uma lactona (um ácido carboxílico cíclico). Os elétrons libertados são utilizados para reduzir uma molécula de NADP+. O anel é então aberto por reação com água:
A descarboxilação do gluconato liberta dois elétrons, que vão reduzir outra molécula de NADP+. Obtém-se assim um açúcar de 5 carbonos, a ribulose-5-fosfato, que por isomerização é transformado em ribose-5-P. 
O que se passa a seguir depende das necessidades da célula: se a célula só precisar de NADPH e não precisar de ribose-5-P esta poderá ser reaproveitada. Isto é feito através de 3 reações. Na primeira, a ribose-5-P recebe dois carbonos da xilulose-5-P (obtida por epimerização da ribulose-5-P):
Seguidamente, são transferidos três carbonos da sedoeptulose-7-P para o gliceraldeído-3-P:
Por transferência de dois carbonos da xilulose-5-P para a eritrose-4-P, forma-se outra molécula de frutose-6-P e uma molécula de gliceraldeído-3-P:
O balanço destas últimas reações é:
2 xilulose-5-P + ribose-5-P -----> 2 frutose-6-P + gliceraldeído-3-P
A frutose-6-P e o gliceraldeído-3-P podem ser utilizados na glicólise para produção de energia, ou reciclados pela gliconeogénese para formar novamente glicose-5-P. Neste último caso, através de seis ciclos da via das pentoses-fosfato e da gliconeogénese uma molécula de glicose-6-P pode ser completamente oxidada a seis moléculas de CO2 com produção simultânea de 12 moléculas de NADPH. Quando as necessidades de ribose-5-P são superiores às de NADPH, esta pode ser produzida por estas reações a partir de frutose-6-P e gliceraldeído-3-P.
Regulação
O fluxo é determinado pela velocidade da reação da glicose-6-fosfato-desidrogenase, que é controlada pela disponibilidade de NADP+.
BIBLIOGRAFIA
*CAMPBELL, MARY K. Bioquímica, 3. ed. Porto Alegre:Artmed, 2000.
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