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ESTUDO DIRIGIDO DE METABOLISMO ENERGÉTICO:
Defina os seguintes termos: metabolismo, catabolismo, anabolismo, reações endergônicas e exergônicas, reações de oxidação e redução.
Metabolismo: conjunto de reações químicas de um organismo vivo; processo geral pelo qual os sistemas vivos adquirem e usam energia livre para realizar suas funções.
Catabolismo: processo pelo qual os nutrientes e os constituintes celulares são degradados para gerar energia e matéria prima.
Anabolismo: processo no qual as biomoléculas são sintetizadas a partir de componentes mais simples.
Reações exergônicas: reações que liberam energia.
Reações endergônicas: reações que consomem energia.
Reações de oxidação: reações em que há perda de hidrogênios.
Reações de redução: reações em que há ganho de hidrogênios.
Reações de oxidação-redução: reações de transferência de átomos de hidrogênio.
De que forma as reações do catabolismo e do anabolismo estão relacionadas?
As reações catabólicas e anabólicas são tipicamente reações acopladas, em que a energia (ATP) e o potencial redutor (NADH) gerados pelas primeiras, são utilizados pelas segundas.
3. Como a energia fica armazenada na molécula do ATP? (Que tipo de energia é essa: térmica, mecânica, química, elétrica?)
A energia fica armazenada na molécula do ATP nas suas ligações fosfato de alta energia. Assim, a energia liberada pelos processos catabólicos fica conservada como energia química na estrutura molecular do ATP.
4. Qual a função do NAD+? Que outra molécula tem a mesma função que o NAD+ nos organismos vivos?
O NAD+ tem como função transportar e transferir átomos de hidrogênio de uma molécula a outra. A outra molécula que exerce essa mesma função é o FAD.
5. O que é metabolismo aeróbico? E anaeróbico?
O metabolismo aeróbico é aquele em que se tem a produção de energia (ATP) com a participação de oxigênio; já o chamado metabolismo anaeróbico é aquele em que a produção de ATP não necessita da participação de O2. 
ESTUDO DIRIGIDO DE METABOLISMO AERÓBICO:
CICLO DE KREBS E FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
1. Que classe de biomoléculas pode ser utilizada para a produção de ATP em anaerobiose? E em aerobiose?
Em anaerobiose, somente os carboidratos podem ser utilizados como combustíveis para a produção de ATP, enquanto que, em aerobiose, tanto carboidratos, quanto lipídeos e proteínas podem ser oxidados para a produção de energia.
2. Quais são as vias metabólicas do metabolismo oxidativo (aeróbico)?
O metabolismo aeróbico de carboidratos inicia-se com a glicólise, e é seguido pelas vias específicas do metabolismo aeróbico, que são o ciclo de Krebs e a fosforilação oxidativa.
3. Qual o papel da mitocôndria na célula?
A mitocôndria é a usina de força da célula! É nela que é produzido grande parte do ATP celular pelas vias do metabolismo aeróbico (ciclo de Krebs, transporte de elétrons e fosforilação oxidativa).
4. Descreva a morfologia da mitocôndria:
A mitocôndria é uma organela celular de formato ovalado e apresenta duas membranas, uma externa e lisa, e uma interna e cheia de invaginações denominadas cristas mitocondriais. A membrana interna divide a mitocôndria em dois compartimentos, o espaço intermembrana e a matriz mitocondrial.
5. Uma célula que não contenha mitocôndrias apresenta metabolismo aeróbico?
Não, sem mitocôndria não há metabolismo aeróbico!
6. Cite exemplo de uma célula que não contém mitocôndria:
Os glóbulos vermelhos do sangue (hemácias) têm como função transportar oxigênio e não possuem mitocôndrias, ou seja, assim essas células não consomem o oxigênio que devem transportar. Portanto, para obter energia, as hemácias realizam o tempo todo metabolismo anaeróbico (fazem fermentação láctica o tempo todo).
7. Qual o destino do piruvato em aerobiose?
Em aerobiose, o piruvato é transportado para a mitocôndria, onde será completamente degradado. Inicialmente, o piruvato sofre uma descarboxilação, gerando acetil-CoA, o qual entra no ciclo de Krebs para a produção de energia (lembrar que os NADH e FADH gerados no ciclo de Krebs vão doar seus hidrogênios para o oxigênio e, assim, a célula produzirá ATP).
8. Onde ocorre a descarboxilação do piruvato? Que enzima catalisa essa reação?
O piruvato é descarboxilado na matriz mitocondrial em reação catalisada pela piruvato desidrogenase.
9. E quais são os produtos da descarboxilação do piruvato?
Para cada piruvato que é descarboxilado, são formados um acetil-CoA e um NADH e uma molécula de CO2 é liberada.
10. Onde ocorre o ciclo de Krebs?
O ciclo de Krebs ocorre na matriz mitocondrial.
11. Que molécula inicia o ciclo de Krebs?
A molécula chave que entra no ciclo de Krebs para ser degradada é o acetil-CoA.
12. Quais são os produtos do ciclo de Krebs?
Os produtos do ciclo de Krebs são: 2 CO2, 3 NADH, 1 FADH2 e 1 ATP.
13. Qual a principal função do ciclo de Krebs?
A principal função do ciclo de Krebs é remover hidrogênios e a energia associada a esses hidrogênios de vários combustíveis metabólicos.
14. O ciclo de Krebs funciona em anaerobiose? Justifique!
Não, o ciclo de Krebs não funciona em anaerobiose! Na ausência de oxigênio, não existe quem receba os hidrogênios do NADH e do FADH2 gerados no ciclo de Krebs; como o NADH e o FADH2 não têm como passar a diante seus hidrogênios eles não podem mais receber os hidrogênios das moléculas que são degradadas pelo ciclo de Krebs; assim, o ciclo de Krebs para.
15. Onde está localizada a cadeia de transporte de elétrons?
A cadeia de transporte de elétrons se encontra na membrana mitocondrial interna.
16. Quando se fala em transporte de elétrons na cadeia respiratória, “quem” está transferindo elétrons para “quem”?
O transporte de elétrons ocorre, porque o NADH e o FADH2 transferem os seus elétrons para o oxigênio; ou seja, o NADH e o FADH2 são oxidados pelo O2, que é reduzido a H2O.
17. Quantos ATPs são produzidos para cada NADH que transfere seus hidrogênios e elétrons ao O2? E quando o FADH2 é o doador de hidrogênios e elétrons?
Para cada NADH que transfere seus hidrogênios e elétrons ao O2 são produzidos 3 ATPs, enquanto que, quando é o FADH2 o doador de hidrogênios e elétrons, são produzidos 2 ATPs.
18. O que é fosforilação oxidativa?
Fosforilação oxidativa é a síntese de ATP promovida pelo gradiente de prótons.
19. Explique as seguintes expressões: “teoria quimiosmótica” e “força próton-motriz”.
A teoria quimiosmótica diz que a energia do transporte de elétrons é conservada pelo bombeamento de H+ da matriz mitocondrial para o espaço intermembrana, criando um gradiente eletroquímico de H+ através da membrana mitocondrial interna, e que a energia desse gradiente é aproveitada para a síntese de ATP. A energia sequestrada pelo gradiente prótons é denominada de força próton-motriz.
20. Qual o papel e a importância do oxigênio no metabolismo aeróbico?
O papel do oxigênio no metabolismo aeróbico é atuar como aceptor final de elétrons!
21. Compare o balanço energético do metabolismo anaeróbico (fermentação) com o do metabolismo aeróbico (respiração):
O metabolismo anaeróbico da glicose produz apenas 2 ATPs, enquanto que o metabolismo aeróbico da glicose produz 38 ATPs, ou seja, 19 vezes mais!
22. Quais são as vias metabólicas de produção de energia a partir da glicose em anaerobiose? E em aerobiose?
Em anaerobiose: sistema fosfagênico; glicólise seguida de fermentação láctica.
Em aerobiose: glicólise, ciclo de Krebs, transporte de elétrons e pela fosforilação oxidativa.
23. Em que situação fisiológica (em que tipo e momento do exercício) as vias anaeróbicas estão mais ativas? E as aeróbicas?
No exercício físico de explosão, ou seja, de curta duração e alta intensidade, estão mais ativas as vias anaeróbicas de produção de ATP. Já as vias aeróbicas prevalecem no exercício prolongado.
ESTUDO DIRIGIDO: GLICÓLISE, FERMENTAÇÃO LÁCTICA:
1. O que é glicólise? Quais são os produtos finais da glicólise? Em que local da célula ocorre a glicólise?
Glicólise é a via metabólicade quebra da glicose e ocorre no citoplasma de todas as células. Durante a glicólise, a molécula de glicose é degradada e convertida em 2 moléculas de piruvato; simultaneamente, são produzidos 2 ATP e 2 NADH.
2. O que ocorre na primeira etapa da glicólise? E na segunda?
Na primeira etapa da glicólise, etapa de investimento de energia, a molécula de glicose é fosforilada e preparada para ser degradada. Para tanto, a célula gasta 2 ATPs. Ao final da primeira etapa da glicólise, uma molécula de glicose é clivada em duas moléculas de três carbonos, o gliceraldeído fosfato e a dihidroxiacetona. 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. Cada molécula de gliceraldeído fosfato é transformado em piruvato numa seqüência de 5 reações, em que há também produção de um total de 2 NADHs.
3. O que são enzimas chaves?
Enzimas chave são enzimas específicas de uma via metabólica e que, em geral, catalisam reações essencialmente irreversíveis daquela via. As enzimas chave de uma via metabólica são também aquelas que têm a suas atividades reguladas, regulando, assim, o funcionamento da via como um todo.
4. O que é a carga energética de uma célula?
A carga energética de uma célula se refere à quantidade de ATP disponível. Quando há muito ATP disponível, diz-se que a carga energética está alta, ao passo que, quando a quantidade de ATP disponível é pequena, diz-se que a carga energética da célula está baixa.
5. De que forma a carga energética da célula influencia a glicólise?
Quando a carga energética da célula está alta, a glicólise encontra-se inibida, enquanto que, se a carga energética da célula estiver baixa, a glicólise é ativada.
6. Como é regulada a via glicolítica?
A glicólise é regulada pela regulação da atividade de suas enzimas chave. O ATP atua como um inibidor dessas enzimas, enquanto que o ADP ativa as enzimas chave da glicólise.
7. Qual o destino do piruvato em anaerobiose? E qual a importância dessa transformação?
Na ausência de oxigênio, o piruvato gerado pela glicólise é convertido a lactato. A importância dessa transformação reside no fato de que, durante essa transformação, o piruvato recebe hidrogênios do NADH, e o NAD+ é regenerado, estando novamente apto a receber os hidrogênios provenientes da glicólise. Assim a glicólise pode continuar e a célula pode continuar a produzir ATP anaerobicamente.
ESTUDO DIRIGIDO: CICLO DE CORI, GLICONEOGÊNESE, GLICOGENÓLISE E GLICOGÊNESE
1. Descreva o ciclo de Cori?
O ciclo de Cori é a transferência de lactato e glicose entre o músculo e o fígado. O lactato produzido no músculo é transportado para o fígado, onde é transformado em glicose, a qual é transportada do fígado de volta para o músculo.
2. Defina gliconeogênese e diga onde ela ocorre e qual a sua importância:
Gliconeogênese é a síntese de glicose a partir de precursores não-glicídicos. Ela ocorre principalmente no fígado (90%) e, em pequena quantidade, nos rins (10%). Ela é importante para garantir que os níveis de glicose do sangue sejam mantidos relativamente constantes.
3. A gliconeogênese consome energia?
Sim. Como toda via biossintética, a gliconeogênese necessita de ATP, ou seja, consome energia.
4. Que classe de biomoléculas são utilizadas pelo fígado para a gliconeogênese?
Lactato, glicerol e aminoácidos.
5. No fígado, a gliconeogênese e a glicólise funcionam ao mesmo tempo?
Não! Quando uma está ativa, a outra está inibida! Ou seja, quando o fígado está produzindo glicose pela gliconeogênese para liberá-la para a corrente sanguínea, essa glicose não é consumida pela glicólise!
6.Em que situações fisiológicas a gliconeogênese estará ativa?
Em situações que diminuem a glicose sanguínea, ou seja, durante o jejum e durante atividade física vigorosa.
7. Defina glicogenólise e glicogênese:
Glicogenólise é a via metabólica de degradação do glicogênio, enquanto que glicogênese é a via de síntese de glicogênio.
8. Em que órgãos o metabolismo do glicogênio é especialmente importante?
No fígado e nos músculos esqueléticos.
9. Quais são as enzimas chave da glicogênese e glicogenólise, respectivamente? Quando a carga energética da célula está alta, qual das duas está ativa?
A glicogênio-sintase é a enzima específica da via de síntese do glicogênio (glicogênese), enquanto que a glicogênio-fosforilase é a enzima específica da via de degradação do glicogênio. Quando a carga energética da célula está alta, não há necessidade de se degradar glicose para produção de ATP e, portanto, a glicose é armazenada na forma de glicogênio; sendo assim, quando a carga energética da célula está alta, é a glicogênio sintase está ativa, enquanto que a glicogênio fosforilase está inibida.
10. Qual o destino da glicose liberada pela glicogenólise hepática? E o da glicose liberada pela glicogenólise muscular?
A glicogenólise hepática visa liberar glicose para a corrente sanguínea, enquanto a glicogenólise muscular fornece glicose para ser degradada pelo próprio músculo para a produção de ATP.
11. As vias biossintéticas e de degradação de uma molécula são o simples inverso um do outro? Qual a importância deste fato?
Os caminhos de síntese NÃO são simplesmente o inverso dos caminhos de degradação, e isso é importante, pois proporciona uma melhor capacidade de regulação das vias metabólicas.
12. De que forma o fígado repõe a glicose sanguínea?
Uma das principais funções do fígado é atuar na manutenção dos níveis de glicose sanguínea. O fígado repõe a glicose sanguínea tanto pela degradação do glicogênio (glicogenólise), quanto pela síntese de glicose (gliconeogênese).