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29/10/2013 1 Aula 1: Introdução ao metabolismo e bioenergética Prof . Roselia Spanevello Departamento de Bioquímica - UFPEL Universidade Federal de Pelotas Disciplina de Bioquímica II Curso de Medicina Veterinária/2013 1. Metabolismo É uma atividade celular altamente coordenada na qual diversas vias metabólicas atuam em conjunto visando a quatro funções principais: Obter energia química Coverter as moléculas de nutrientes em moléculas próprias de cada célula Sintetizar moléculas Sintetizar e degradar moléculas necessárias a funções celulares especiais 1. Metabolismo Vias metabólicas Metabolismo é o somatório de todas as transformações químicas que ocorrem em uma determinada célula ou organismo: - 29/10/2013 2 Metabolismo CATABOLISMO ANABOLISMO Moléculas são convertidas em produtos finais mais simples. Liberam energia - conservada em ATP e de transportadores de elétrons reduzidos como NADH, NADPH e FADH2 CATABOLISMO Moléculas precursoras simples e pequenas são ligadas para formar moléculas mais complexas. As reações anabólicas requerem um fornecimento de energia que provém do ATP ou NADH, NADPH e FADH2. ANABOLISMO Macromoléculas Produtos Pobres em Energia Nutrientes Ricos em Energia ADP NAD FAD ATP NADH FADH2 Moléculas Precursoras Anabolismo Catabolismo Energia Química 29/10/2013 3 2. Bioenergética Os organismos precisam realizar trabalho para a manutenção da vida, crescimento e reprodução. Trabalho químico: síntese dos componentes celulares Trabalho osmótico: acúmulo e retenção de sais e outros compostos contra gradiente de concentração Trabalho mecânico: contração muscular e movimento de flagelos A habilidade para aproveitar a energia para o trabalho biológico é uma propriedade fundamental para todos os organismos: Bioenergética É o estudo quantitativo das transformações de energia que ocorrem nas células vivas. Estuda fenômenos de transferência de energia para o trabalho celular; ou seja; descreve como os organismos vivos capturam, transformam e usam energia. Três parâmetros termodinâmicos que descrevem a transformação de energia que ocorre durante uma reação química: Entalpia (∆H): conteúdo de calor do sistema reagente. Ela reflete o número e os tipos de ligações químicas dos reagentes e produtos. Reação libera calor: exotérmica (calor do produto < reagente ∆H -) Reação ganha calor: endotérmica (∆H +) Entropia (∆S): expressão quantitativa da desordem de um sistema. Quando os produtos de uma reação são menos complexos e mais desordenados do que os reagentes a reação ocorre com um ganho de entropia. Energia livre de Gibs (∆G): expressa a quantidade de energia capaz de realizar trabalho e prevê a direção na qual uma reação ocorre espontaneamente. Nos sistemas biológicos, as mudanças na energia livre, entalpia e entropia são relacionadas pela equação: ∆G= ∆H - T∆S Quando uma reação libera energia: ∆G (-) reação é exergônica (A→B). Quando uma reação ganha energia: ∆G (+) reação é endoergônica (A←B). - A energia que as células utilizam é expressa em energia livre de Gibs (∆G). - (∆G): sentido das reações químicas e quantidade de trabalho que pode ser realizado: 29/10/2013 4 -As células animais obtém energia livre das moléculas nutrientes enquanto que as células vegetais obtém da radiação solar absorvida. -Ambos os tipos de células transformam essa energia livre em ATP e outros compostos ricos em energia todos eles capazes de fornecer energia para realização de trabalho biológico. 2.1. ATP como transportador de energia As células obtém energia livre por meio das moléculas nutrientes utilizando para sintetizar ATP (trifosfato de adenosina): De onde vem o ATP ? A utilização de energia do ATP é realizada pela retirada do grupo fosfato terminal associada a processos que requerem energia: ∆G= -30KJ/mol A transferência de um grupo fosfato para um composto injeta energia livre nele para liberar em transformações metabólicas subseqüentes. Exemplo: Glicose + Fosfato glicose 6-fosfato + água ∆G= + 14 KJ/mol Glicose + ATP glicose 6-fosfato + ADP + H ∆G= - 17 KJ/mol 29/10/2013 5 2.2 Reações de oxidação - redução Reações de transferências de elétrons são responsáveis direta ou indiretamente pelo trabalho realizado pelos organismos vivos. Perda de elétrons por uma espécie química (oxidação) e a captação de elétrons por outra espécie química (redução). Os elétrons removidos das etapas de oxidação são transferidos para coenzimas especializadas em transportar elétrons. Coenzimas: são derivadas das vitaminas e se associam as enzimas denominadas desidrogenases. Nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD) Flavina adenina dinucleotideo (FAD) Quando as moléculas são oxidadas (perdem átomos de hidrogênio – elétrons e prótons) que são recebidos por coenzimas. Nicotinamida adenina dinucleotídeo São formados por dois nucleotídeos ligados por seus grupos fosfato, derivado da niacina 29/10/2013 6 Nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD): H – 1 elétron e 1 próton H – 1 elétron e 1 próton NAD+ NADH H+ Flavina adenina dinucleotideo (FAD) Derivada da vitamina riboflavina (B2) Recebe dois prótons e dois elétrons FADH2 Resumindo...... 29/10/2013 7 Metabolismo é...... ....Composto por vias metabólicas... ....divididas em..... ......... ATP NADH FADH
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