BIOQUIMICA APLICADA resumo

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BIOQUIMICA APLICADA – RESUMO P1
BIOENERGÉTICA E METABOLISMO
Conceito de metabolismo: maneira pela qual o organismo processa suas moléculas, seja no sentido da síntese, para a obtenção de macromoléculas tais como: proteínas, lipídeos, polissacarídeos e ácidos nucléicos; ou no sentido da lise, para obtenção de moléculas precursoras tais como aminoácidos, ácidos graxos, monossacarídeos, bases nitrogenadas, ou mais ainda para a obtenção de energia necessária para a manutenção do organismo vivo.
Anabolismo: divisão do metabolismo responsável pela síntese de macromoléculas (proteínas, lipídeos, polissacarídeos e ácidos nucléicos) a partir de moléculas precursoras (aminoácidos, ácidos graxos, monossacarídeos, bases nitrogenadas), para tanto necessitando de energia (gerada pelo catabolismo), e também da síntese de moléculas precursoras a partir de moléculas pobres em energia como CO2 e H2O
Catabolismo: divisão do metabolismo responsável pela quebra de macromoléculas usualmente proveniente dos alimentos para a obtenção de moléculas precursoras necessárias para a construção de suas próprias macromoléculas (enzimas, lipídeos de membranas) ou obtenção de energia, tanto quebrando as macromoléculas até moléculas pobres em energia como CO2 e H2O.
- As reações catabólicas e anabólicas de um grupo de biomoléculas são reguladas inversamente, para se evitar um processo dispendioso de energia. Assim quando uma via está ocorrendo, a outra é suprimida. Tal regulação não seria possível caso as vias fossem catalisadas exatamente pelo mesmo conjunto de enzimas operando nos dois sentidos, uma vez que a inibição de enzimas envolvidas no catabolismo implicaria também na inibição de sequências de reações anabólicas
Termodinâmica
- uma reação química pode ser analisada em dois aspectos: velocidade de reação e variação de energia envolvida
- em uma reação química de uma substancia A e uma substancia B, em relação à variação de energia, só interessa a condição inicial e a condição final, o processo não altera o resultado
- a variação vai ser a mesma, não importa como a reação aconteça
- a variação de energia é fundamental para saber se a reação vai acontecer ou não espontaneamente
Reação espontânea: parte de um nível maior de energia para um nível menor
	- reações exergônicas: liberam energia
	- não significa que acontecerá rapidamente
Reações endergônicas: começam de um nível baixo de energia e passam para um nível maior
	- só acontecem se houver fornecimento de energia
ΔG = variação de energia
- indica se a reação será espontânea da esquerda para a direita ou da direita para a esquerda 
Ex: A + B → C + D
	ΔG +
	- vai de menos energia para mais energia, ou seja, não é espontânea (endergônica)
	- nível de energia de A+B é menor que C+D
 A + B → C + D
	 ΔG –
	- nível de energia de A+B é maior que de C+D. Reação espontânea (exergônica)
Valor de ΔG depende da pressão, temperatura, natureza química das substancias e suas concentrações.
- Condições padrão: ΔG = 0’
	- pressão: 1 atm
	- temperatura: 25° C
	- concentração: 1 molar
	- pH: 7
- o interior da célula não está dentro das condições padrão
- a célula, principalmente a membrana (plasmática e das organelas) altera as concentrações das substancias envolvidas
- as membranas manipulam as concentrações das substancias para que o ΔG fique negativo no sentido de interesse da célula
- quando a velocidade da reação da direita para a esquerda é igual a velocidade da esquerda para a direita, o ΔG = 0, ou seja, a reação entrou em equilíbrio (quantidade de energia dos dois lados se iguala)
1ª lei da termodinâmica: energia pode ser convertida de uma forma a outra, mas não pode ser criada nem destruída
2ª lei da termodinâmica: no universo a desordem sempre aumenta
- medida de desordem é a entropia
	- ordem: baixa entropia
	- desordem: alta entropia
- sempre vai da ordem para a desordem (- entropia para + entropia)
- uma célula é altamente organizada (baixa entropia), MAS enquanto ela baixa a entropia de uma forma, de outra forma ela esta aumentando muito mais.
	Ex: para juntas os aminoácidos (baixa entropia) é preciso obter energia do exterior, por exemplo a glicose. Na quebra da glicose, ocorre a liberação de CO2, aumentando a entropia. A célula diminui sua entropia interior aumentando a entropia de fora.
GLICOLISE
- a célula converte diferentes fontes de energia em uma molécula: ATP
- via catabolica
- glicose: principal fonte de energia da célula
- a glicolise gasta 2 ATP, produz 4 ATP, tendo um saldo de 2 ATP
- ela oxida a molécula de glicose, ou seja, extrai elétrons ricos em energia e passa para o NAD+
- NAD+ : carreador de elétrons ricos em energia
- glicolise quebra a glicose formando dois piruvato
- total de 10 reações
1ª REAÇÃO (IRREVERSIVEL) cinase: transferência de fosfato
- enzima envolvida: hexocinase
- gasta um ATP
- glicose ( glicose 6-fosfato
- é transferido o fosfato do ATP para a glicose (ligado ao carbono 6)
- o fosfato tem carga negativa e não passa pela membrana plasmática
- é adicionado para a glicose permanecer presa dentro da célula
2ª REAÇÃO isomerase: converse um isômero em outro
- enzima envolvida: fosfoglicose isomerase
- glicose 6-fosfato ( frutose 6-fosfato
- a frutose é uma molécula mais simétrica
- posteriormente a molécula será partida ao meio e é melhor que ela seja mais simétrica
3ª REAÇÃO (IRREVERSIVEL)
- enzima envolvida: fosfofrutocinase
- gasto do 2º ATP
- frutose 6-fosfato ( frutose 1,6-bifosfato
- molécula fica mais simétrica ainda
4ª REAÇÃO
- enzima envolvida: aldolase
- frutose será partida ao meio
- frutose 1,6-bifosfato ( di-hidroxiacetona fosfato
		 ( gliceraldeido 3-fosfato
- é preciso converter a di-hidroxiacetona em gliceraldeido
5ª REAÇÃO
- enzima envolvida: triose fosfato isomerase
- conversão de di-hidroxiacetona em gliceraldeido
- termodinâmica: é necessário grande acumulo de di-hidroxiacetona para se converter em gliceraldeido
- a célula consome rapidamente o gliceraldeido (próxima reação), entao não acumula di-hidroxiacetona
- o consumo rápido de GAP favorece a reação
- a partir da produção de gliceraldeido, todas as reações acontecem em dobro 
6ª REAÇÃO
- enzima: gliceraldeido 3-fosfato desigrogenase
- gliceraldeido 3-fosfato ( 1,3 bifosfoglicerato
- entrada de fosfato inorgânico (Pi)
- produção de NADH
- reação feita em dois passos:
	- 1: um H do gliceraldeido é passado para o NAD, formando o NADH
	 Entra uma molécula de água, o OH passa para o gliceraldeido e o outro H forma NADH + H
	- 2: entrada do Pi
- o Pi não tem energia suficiente para se ligar ao gliceraldeido
- a oxidação do gliceraldeido (1ª etapa) é uma reação favorável (ΔG -) 
- a entrada do Pi é uma reação desfavorável (ΔG +), ou seja, reação isoladamente impossível de acontecer
- ao acoplar as duas reações, o ΔG fica negativo
- a célula oxida o gliceraldeido obtendo assim energia necessária para a entrada do Pi
7ª REAÇÃO
- enzima: fosfoglicerato cinase
- 1,3 bifosfoglicerato ( 3 fosfoglicerato
- fosfato transferido para o ADP
- primeiros 2 ATPs produzidos (pois as reações acontecem em dobro)
- o fosfato que vai pro ADP provém do Pi (energiza-se o Pi para poder transformar em ATP)
8ª REAÇÃO
- enzima: fosfoglicerato mutase
- 3-fosfoglicerato ( 2-fosfoglicerato
- passa o fosfato do C3 para o C2
- a célula coloca o fosfato em uma posição, perto da carga negativa do oxigênio, tornando sua saída mais favorável
- tendência do fosfato a sair
9ª REAÇÃO
- 2-fosfoglicerato ( fosfoenolpiruvato- retira uma molécula de H2O
- a redistribuição dos elétrons torna a presença do fosfato altamente desfavorável
10ª REAÇÃO (IRREVERSIVEL)
- fosfoenolpiruvato ( piruvato
- formação de mais 2 ATPs
- fase de investimento de energia (preparatória)
- fase de produção de energia (de pagamento)
FERMENTAÇÃO
- a célula faz um ciclo: a glicolise e o ciclo de Krebs convertem o NAD+ e o FAD em NADH e FADH2
- na cadeia respiratória, são liberados os elétrons e voltam a ser NAD+ e FAD, podendo voltar para a glicolise e o ciclo de Krebs
- na ausência de oxigênio, a cadeia transportadora de elétrons não funciona, pois é o O2 que atrai os elétrons
- sem a cadeia transportadora, o NADH e o FADH2 não voltam a ser NAD+ E FAD, fazendo com que o ciclo de Krebs pare também
- a glicolise também precisa de NAD+, mas ela não para pois senão a produção de ATP pararia completamente
- a fermentação impede que a glicolise pare (restaura o estoque de NAD+)
- como o ciclo de Krebs para devido a ausência de O2, o piruvato formado na glicolise permanece no citoplasma, não entra na mitocôndria
- será formado o lactato, para a formação deste a partir do piruvato é preciso adicionar dois hidrogênios à molécula, esses hidrogênios vêm do NADH, que volta a ser NAD+, podendo então voltar a ser utilizado na glicolise.
- na fermentação alcoólica, primeiro o piruvato é convertido em acetaldeido, liberando CO2
- assim o acetaldeido é convertido em etanol, da mesma forma que o piruvato é convertido em lactato, adicionando dois hidrogênios
 - na fermentação ocorre uma oxidação parcial da glicose, ou seja, é desperdiçada muita energia dos alimentos
CICLO DE KREBS
- 2ª etapa da respiração
- ocorre na matriz da mitocôndria
- ao entrar na mitocôndria, o piruvato perde um carbono em forma de CO2, virando acetil
- o acetil se liga a coenzima A, formando o acetil coenzima A
- o acetil é oxidado, liberando elétrons e produzindo NADH
- piruvato ( acetil CoA : liberação de 1 CO2 e produção de 1 NADH
- o acetil CoA entra no ciclo de Krebs
- no ciclo são liberados mais dois CO2
- são produzidos 3 NADH, 1 FADH2 e 1 GTP (transformado depois em ATP)
- a molécula de glicose é totalmente quebrada, oxidação completa 
> Do piruvato à acetil CoA
- é a queda de energia decorrente da liberação do CO2 que torna possível a entrada da coenzima A
> Formação do citrato
- o acetil CoA (2C) se junta com o oxalacetato (4C), formando o citrato (6C)
- aumento do nível de energia, é preciso de uma fonte de energia (coenzima A)
- a saída da CoA fornece energia para tornar possível unir o acetil e o oxalacetato
> Formação do isocitrato
- para que, posteriormente, outro CO2 saia, é preciso de um OH saia antes, esse OH se liga a outro H, liberando uma molecula de água e formando o aconitato
- a molecula de água retorna, mas em outra posição, tornando possível a saída do CO2
- citrato ----------- aconitato -------------isocitrato
	(sai H2O) (entra H2O)
> Formação do α-cetoglutarato
- saída de mais um CO2
- formação de NADH + H
> Formação do succinil CoA
- saída de outro CO2 que torna possível a entrada da CoA
- formação de mais um NADH
- não há diferença de hidrogênio nas duas moléculas pois o H é reposto pela CoA
> Formação do succinato
- CoA sai
- a saída da CoA torna possível a união de um fosfato inorgânico (Pi) com um GDP, formando um GTP
- o GTP libera o fosfato para formar um ATP e volta a ser GDP
> Formação do fumarato
- formação de um FADH2
- não há energia suficiente para formar o NADH
> Formação do malato
- entrada de uma molécula de H2O
> Formação do oxalacetato
- produção de um NADH + H
- saída de 2 hidrogenios, volta a ser oxalacetato e recomeça o ciclo
CONCLUSAO: - do piruvato ate o fim do ciclo houve a produção de 4NADH, 1 FADH2 e 1 ATP
 - como são duas moléculas de pirutavo, esse saldo dobra
CADEIA RESPIRATÓRIA
- a cadeia vai produzia energia utilizando os elétrons presentes no NADH e FADH2
- ocorre nas cristas mitocondriais
- complexo I, complexo II, ubiquitinona, complexo III, citocromo C, complexo IV, carreador fosfato, ATP sintase
Geração de ATP a partir do NADH
- o complexo II não participa
- na cadeia, o NADH libera seu par de elétrons no completo I e volta a ser NAD+
- o complexo I usa essa energia do par de elétrons para bombear 4 H+ que estavam dentro da mitocôndria para o espaço intermembranar
- os elétrons são atraídos por um O2
- os elétrons passam de proteína a proteína na cadeia transportadora e se juntam com o O2, formando água
- ao chegar ao complexo III, o elétron fornece energia para bombear mais 4 H+
- no complexo IV, o elétron não provém mais de tanta energia, então bombeia apenas 2 H+
- no espaço intermembranar a carga é mais positiva, dentro da mitocôndria a carga é negativa
- os H+, bombeados para fora, querem voltar atraídos pelas cargas negativas
- 1 H+ voltará para dentro da mitocôndria trazendo junto um Pi (fosfato inorgânico)
- outros 3 H+ passam para dentro pela ATP sintase, fazendo ela girar, unindo assim o ADP com o Pi, formando ATP
- um par de elétrons fornece energia para produzir 10 H+
- 4 H+ para produzir 1 ATP
- cada NADH então produz 2,5 ATPs
Geração de ATP a partir do FADH2
- presença do complexo II, que só participa com o FADH2
- não passa pelo complexo I, o par de elétrons entra direto no complexo II pois não tem tanta energia
- não bombeia prótons no complexo II
- ao chegar ao complexo III, bombeia 4 H+ para fora
- no complexo IV bombeia mais 2 H+
- o resto é igual ao que acontece com o NADH
- 1 FADH2 bombeia apenas 6 H+
- formação de 1,5 ATPs por FADH2
Os NADH formados na glisolise precisam entrar na mitocondria, eles podem entrar por meio de dois processos:
Circuito Malato-aspartato
- o aspartato passa para oxalacetato, que passa para malato
- a diferença entre oxalacetato e malato é que o primeiro não tem 2 hidrogenios
- para um ser convertido no outro, o oxalacetato recebe os 2 hidrogenios provenientes do NADH e se transforma em malato
- o NADH não consegue passar pela membrana da mitocôndria, então ele transfere seus elétrons para o malato
- quem entra na mitocôndria não é o NADH e sim o malato
- dentro da mitocôndria, o malato volta a ser oxalacetato, retirando seus hidrogênios e devolvendo-os para o NAD+
- o oxalacetato é convertido em aspartato, que volta para o citosol
- com a saída do aspartato na mitocôndria, um H+ entra por transporte antiporte
Circuito Glicerol-fosfato
- a di-hidroxiacetona fosfato será convertida em glicerol 3-fosfato
- o glicerol tem 2 H a mais que a di-hidroxiacetona
- o NADH fornece esses H para a formação do glicerol
- o glicerol então entra na mitocôndria, para o espaço intramembranar
- há uma enzima que transforma o glicerol em di-hidroxiacetona, que retorna ao citosol
- a enzima não devolve os elétrons para o NAD+, e sim para o FAD
 
GLICONEOGENESE
- produção de glicose a partir de compostos que não são carboidratos
- a concentração de glicose no sangue não pode ficar muito baixa
- glicogênio: reserva de glicose, músculos e fígado armazenam
- ao entrar em jejum, lentamente o fígado quebra glicogênio e libera glicose no sangue
- gliconeogenese é importante para manter a concentração de glicose no sangue, mesmo em jejum
- é possível sintetizar glicose a partir de glicerol, lactato e aminoácidos
Glicerol convertido em glicose
- glicerol faz parte do triacilgliceridio (lipídio unido a três cadeias de ácidos graxos)
- o primeiro passo é separar o glicerol dos ácidos graxos
1ª reação: glicerol ( glicerol 3-fosfato
- enzima: glicerol cinase
- quebra um ATP, transferindo o fosfato para o carbono 3 do glicerol
2ª reação: glicerol 3-fosfato ( di-hidroxiacetona fosfato
- enzima:glicerol 3-fosfato desidrogenase
- oxida o glicerol 3-fosfato, transferindo H para o NAD+
- a di-hidroxiacetona fosfato pode ser usada tanto para formar a glicose na gliconeogenese ou ser transformada em piruvato na glicolise
Lactato convertido em glicose
- no músculo, quando ocorre a fermentação láctica por falta de O2, o lactato formado vai para a corrente sanguínea, chega ao fígado e será transformado em piruvato, podendo assim entrar na gliconeogenese e formar glicose
- no músculo as proteínas podem ser quebradas em aminoácidos, estes podem ser transportados na forma de alanina e glutamina que serão levados ao fígado, convertendo-os em piruvato, podendo então ser transformado em glicose
Conversão do piruvato à glicose
- as reações que acontecem na glicose são quase todas reversíveis
- existem três reações irreversíveis, e nessas três que a gliconeogenese terá que fazer desvios
- é por esse motivo que a gliconeogenese não é o inverso da glicolise
Desvio 1: piruvato ( fosfoenol piruvato (10ª reação)
Piruvato + CO2 + ATP + H2O ( oxalacetato + ADP + Pi
- gastou ATP para juntar o CO2 com o piruvato
Oxalacetato + GTP ( fosfoenol piruvato + CO2 + GDP
- gasto de GTP
- retira-se um carbono, que fica em forma de CO2
- na primeira reação gastou ATP para acrescentar um CO2 para que na segunda reação a saída do CO2 torna-se uma reação possível
- o GTP serve para fornecer fosfato
Desvio 2: 1,6-bifosfato + H2O ( frutose 6 fosfato + Pi
- hidrolise
- não a produção de ATP
Desvio 3: 6-fosfato + H2O ( glicose + Pi
- hidrolise
- sem produção de ATP
REGULAÇÃO DA GLICOLISE
- objetivos da glicolise: produzir ATP e fornecer precursores para vias de síntese, como a síntese de lipídeos
- as três reações irreversíveis da glicolise servirão como ponto de controle (1ª, 3ª e 10ª)
- a reação mais importante é a 3ª, realizada pela enzima fosfofrutocinase (pois essa reação interfere apenas a glicolise e não outras vias)
Inibição do ponto de controle da fosfofrutocinase:
A presença de ATP interfere na velocidade da glicolise
- com pouco ATP na célula, a glicolise aumenta a velocidade de reação. A fosfofrutocinase trabalha mais rápido em um ambiente com pouco ATP
- com muito ATP, é inibido o trabalho da fosfofrutocinase, pois se já tem muito ATP não deve acelerar a velocidade da glicolise
Outro motivo que inibe a glicolise é a queda de pH, que faz com que a fosfofrutocinase atue de forma mais lenta
- se a glicolise esta muito acelerada, é possível que falte O2, e se começa a fazer a fermentação láctica, a produção exagerada de acido lático diminui o pH do sangue
- a fosfofrutocinase diminui o ritmo para evitar a queda do pH sanguineo
Acumulo de citrato também inibe a fosfofrutocinase
- o citrato, produzido no ciclo de Krebs, quando tem um acumulo, quer dizer que tem muito piruvato, entao a fosfofrutocinase diminui de velocidade
Inibição do ponto de controle da hexocinase:
- hexocinase é inibida pelo seu produto, a glicose 6-fosfato
- quando é inibida a fosfofrutocinase, à um acumulo de seu substrato, que posteriormente inibe a hexocinase
Hexocinase x Glicocinase
	Encontrado no musculo
	Encontrado no fígado
	Modulada negativamente pela glicose 6-fosfato
	Não é modulada negativamente pela glicose 6-fosfato
	Afinidade pela glicose
	Afinidade menor pela glicose
- se a glicocinase tivesse uma alta afinidade pela glicose, ela transformaria rapidamente esta em glicose 6-fosfato, faltando assim glicose no sangue
- entao a glicocinase só catalisa a glicose se houver sobrando no fígado
Inibição da piruvato cinase acontece quando há muito ATP, ou acumulo de alanina