AULA 1 INT. METABOLISMO, BIOENERGÉTICA E TERMODINÂMICA DANILASOC

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23/08/2018 
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Introdução ao metabolismo, 
bioenergética e termodinâmica 
UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA 
INSTITUTO MULTIDISCIPLINAR EM SAÚDE 
BIOQUÍMICA Metabólica 
Profa. Danila Souza Oliveira Coqueiro 
Metabolismo 
Atividade celular coordenada 
 Reações acopladas que se interconectam 
 Sistema multienzimáticos 
 Obtenção de energia 
 Conversão de nutrientes 
 Polimerizar monômeros em macromoléculas 
 Síntese e degradação de macromoléculas 
 
Metabolismo 
 Obtenção de carbonos 
Autótrofos Heterótrofos 
Metabolismo 
Metabolismo 
Ciclo do dióxido de carbono e oxigênio 
 Fontes de N2 
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Ciclos de matérias acompanhados de fluxo de energia 
 Energia solar  autótrofos  CHO  heterótrofos 
 
 
 Fluxo de energia  sentido único (energia dissipada 
não é revertida em energia útil) 
 Fluxo de matéria  há reciclagem (carbono, 
nitrogênio e oxigênio) 
Calor Calor 
Metabolismo 
 Somatório das transformações químicas 
 Vias metabólicas  série de reações enzimáticas 
 Cada etapa uma alteração pequena e específica 
Metabolismo 
Precursor Produto 
Série de intermediários 
Metabólitos 
Metabolismo 
 Somatório das transformações químicas 
 Vias metabólicas  série de reações enzimáticas 
 Cada etapa uma alteração pequena e específica 
 Catabolismo  liberam energia 
 Anabolismo  requerem energia 
Metabolismo 
 Vias metabólicas 
 Lineares 
 Ramificadas 
Metabolismo 
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Vias catabólicas Vias anabólicas 
 Vias metabólicas 
 Regulação precisa entre síntese e degradação 
Compartilhamento de enzimas. Quais as implicações? 
Inibição mútua das duas vias; 
 Pelo menos uma das etapas catalizada por enzimas 
específicas  pontos de regulação independentes 
 Para que as vias sejam irreversíveis pelo menos uma 
das reações de cada sentido deve ser muito favorável; 
 Diferentes compartimentos celulares 
Metabolismo 
 Vias metabólicas  Regulação 
 Disponibilidade do substrato 
 Regulação alostérica  intermediários ou coenzimas 
 Sinalização extracelular  altera [enzima] 
 
Metabolismo 
 Bioenergética  estudo quantitativo 
 das transformações de energia que ocorrem nas 
células vivas – mudança de uma forma de energia em 
outra 
 da natureza e função dos processos químicas nelas 
envolvidas 
Bioenergética e termodinâmica 
 Habilidade das células de utilizarem energia para 
o trabalho biológico  energia livre de Gibbs (G) 
Bioenergética e termodinâmica 
 As transformações de energia seguem as leis 
da termodinâmica: 
 Conservação de energia  a energia pode ser 
transformada, mas não pode ser criada nem destruída; 
 Entropia  tendência que o universo apresenta para 
uma desordem crescente 
 Os organismos vivos apresentam alto nível de 
organização aparentemente ignorando a segunda lei! 
Os organismos consitituem sistemas abertos, trocando 
matéria ou energia com o ambiente; 
Bioenergética e termodinâmica 
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 Parâmetros termodinâmicos descrevem as 
trocas de energia em reações químicas 
 Uma reação com liberação de energia, tem a 
variação de energia (G) com valor negativo  
exergônica 
 Quando há uma ganho de energia no sistema, o 
valor do G é positivo  endergônica 
Bioenergética e termodinâmica 
Entalpia (H)  conteúdo de calor do sistema reagente 
 Reflete o número de tipos de ligações químicas nos 
reagentes e produtos 
 Quando uma reação libera calor ela é exotérmica; 
 O conteúdo de calor dos produtos é menor que dos 
reagentes, H é negativo 
 Quando uma reação capta calor ela é endotérmica 
 O conteúdo de calor dos produtos é maior que dos 
reagentes, H é positivo 
Bioenergética e termodinâmica 
 As células são sistemas isotérmicos 
 Funcionam em temperatura e pressão constantes 
 Células não utilizam calor* para realizar trabalho 
e sim a energia livre (G) 
 *Calor realiza trabalho apenas quando passa para uma região 
ou objeto com temperatura mais baixa 
Transformam energia livre em ATP 
para realização de trabalho 
Bioenergética e termodinâmica 
 Constante de equilíbrio 
 Composição de um Sistema reagente tende a variar 
até atingir o equilíbrio químico: 
 Velocidade no sentido do produtos = velocidade no 
sentido dos reagentes 
 As concentrações de reagente e produtos no estado 
de equilíbrio definem a constante de equilíbrio (Keq) 
a, b, c e d correspondem ao número 
de A, B, C e D, respectivamente 
Bioenergética e termodinâmica 
 Constante de equilíbrio 
 A força motriz pode ser expressa como variação de 
energia livre (G) 
 G,º = Diferença entre o conteúdo de energia dos produtos 
e conteúdo de energia livre dos reagentes (condições padrão) 
Produtos têm menos energia 
livre que os reagentes 
Produtos têm mais energia 
livre que os reagentes 
Bioenergética e termodinâmica 
 Dois critérios que uma via metabólica deve 
satisfazer 
 Reações individuais devem ser específicas 
 O conjunto inteiro de reações que constitui a via deve 
ser termodinamicamente favorável (G alto e negativo) 
Uma reaçõo somente pode ser espontânea se for G negativa 
Bioenergética e termodinâmica 
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 Transferência de grupo 
fosforil e ATP 
Introdução ao metabolismo, bioenergética e termodinâmica 
 Transferência de 
grupo fosforil e ATP 
 
Variação de energia livre 
grande e negativa 
 Transferência de grupo fosforil e ATP 
 Compostos com altos valores de energia livre de hidrólise 
Bioenergética e termodinâmica 
 Transferência de grupo fosforil e ATP 
 Compostos com altos valores de energia livre de hidrólise 
Bioenergética e termodinâmica 
 ATP fornece energia por transferência de grupos e não 
por simples hidrólise 
Libera calor o qual não é capaz de 
promover um processo químico 
Bioenergética e termodinâmica 
Ligação covalente 
do ATP 
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 Alguns processos envolvem a hidrólise direta do ATP 
 Ligação não-covalente, seguida por hidrólise a ADP e Pi 
 Contração muscular 
 Movimento de enzimas ao longo da cadeia de DNA 
 Movimento dos ribossomos ao longo do mRNA 
 Atividade de helicases e topoisomerases 
Bioenergética e termodinâmica 
 “Dois grupos” de compostos de fosfato 
 Alta energia  G + negativo que -25kj/mol 
 Baixa energia  G - negativo que -25kj/mol 
Bioenergética e termodinâmica 
 ATP  produção de energia luminosa 
Contração muscular  hidrólise do ATP é a fonte de energia 
ADP 
 Transferência de elétrons  evento importante no 
metabolismo 
 Agentes redutores e oxidantes 
 Fluxo de elétrons  trabalho biológico 
 Elétrons  intermediários metabólicos  carreadores 
de elétrons específicos  receptores e liberação de 
energia 
Reações de oxidação-redução 
Bioenergética e termodinâmica 
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 Glicose  fonte de elétrons 
 Oxidação enzimática libera elétrons 
 Fluxo de elétrons  O2 
 Força eletromotiva fornece energia para realização 
de trabalho biológico 
 Enzimas transmembrana mitocondriais  gradiente de H+ 
 ATP sintase  gradiente de H+ para realizar trabalho 
Força próton motriz 
Reações de oxidação-redução 
Bioenergética e termodinâmica 
 Oxidações biológicas  Desidrogenações 
 Muitas enzimas são desidrogenases (reações de oxidação) 
Transportadores de elétrons 
 Coenzimas especializadas 
 Redução dos transportadores conserva energia liberada 
na oxidação dos substratos 
 NAD+, NADP, FMN e FAD  sofrem oxidações e 
reduções reversíveis 
 Movem-se facilmente de uma enzima
para outra  constantemente 
recicladas 
 Encontram-se fortemente ligadas às enzimas (flavoproteínas)  grupo 
prostético 
Reações de oxidação-redução 
NAD+ e NADP  derivadas do niacina 
 Quando o substrato sofre oxidação (desidrogenação) 
Reações de oxidação-redução 
A proporção das coenzimas reflete o estado metabólico da célula 
 Poucas enzimas utilizam ambas coenzimas 
 A célula mantem os dois conjuntos de transportadores com 
funções distintas no mesmo compartimento celular 
Catabolismo 
Anabolismo 
Derivadas da riboflavina 
Flavoproteínas  enzimas que utilizam FAD e FMN 
Formas reduzidas 
 Outros transportadores de elétrons 
 Quinonas 
 Proteínas ferro-enxofre 
 Citocromos 
Reações de oxidação-redução 
Carreadores de elétrons e doadores 
de prótons nas membranas 
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Bioenergética e termodinâmica