11 - Metabolismo

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QUÍMICA E BIOQUÍMICA
Profa. Thaís Melo de Paula Seixas
METABOLISMO - BIOENERGÉTICA
Estudo das transformações de energia que ocorrem nas células.
Sobrevivência: obtenção e utilização de energia.
Obtenção de energia: nutrientes da alimentação são processados e geram ATP.
BIOENERGÉTICA
BIOENERGÉTICA
UTILIZAÇÃO DA ENERGIA
1 – Energia química: construção de moléculas estruturais.
2 – Energia elétrica: criação de potenciais de ação e funcionamento das bombas de prótons.
3 – Energia protônica: geração de ATP.
4 – Energia mecânica: execução de movimentos corporais.
5 – Energia térmica: manutenção da temperatura corporal.
TERMODINÂMICA
Estuda as leis pelas quais os corpos trocam trabalho e calor com o ambiente.
Interdependência dos seres vivos e da matéria para obtenção de energia.
Leis da termodinâmica.
TERMODINÂMICA
1ª LEI DA TERMODINÂMICA
	Princípio da conservação de energia.
	Para qualquer transformação física ou química, a quantidade total de energia no universo permanece constante.
	Pode ser transportada ou mudar de forma, mas não é destruída nem criada.
AE = energia final – energia inicial
TERMODINÂMICA
2ª LEI DA TERMODINÂMICA
	Toda a energia potencial de um sistema é degradada na forma de energia utilizável e calor.
	O organismo vivo interage com o meio ambiente para manutenção de temperatura corporal, troca energia com o ambiente, para que ocorrem as reações bioquímicas.
	Conceitos de Entalpia e Entropia
TERMODINÂMICA
Entropia
	É a medida de desordem de um sistema.
	Os seres vivos são sistemas abertos que trocam matéria e calor com seu meio e nunca estão em equilíbrio.
	
		
Organismo + meio = Universo
Aumento da Entropia do Universo
TERMODINÂMICA
Entalpia
	Conteúdo de calor do sistema reagente.
	Ligação química que libera calor – EXOTÉRMICA (conteúdo de calor dos produtos é menor que o dos reagentes).
	Sistemas reagentes que captam calor – ENDOTÉRMICOS (conteúdo de calor dos reagentes é menor que o dos produtos).
TERMODINÂMICA
Entalpia
	Energia livre de Gibbs (G): energia livre
METABOLISMO
Atividade celular altamente dirigida e coordenada, da qual participam diversos sistemas multi-enzimáticos representando a soma de todas as transformações químicas que ocorrem em uma célula ou organismo.
Albert Lehninger
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METABOLISMO
FUNÇÕES:
1 – Obter energia química do sol ou dos nutrientes do ambiente;
2 – Converter as moléculas dos nutrientes e da própria célula em precursores de macromoléculas;
3 – Polimerizar os precursores das macromoléculas;
4 – Sintetizar e degradar as biomoléculas de acordo com as necessidades celulares.
METABOLISMO
DIVISÃO DO METABOLISMO: Anabolismo e Catabolismo
ANABOLISMO
	Fase biossintética e consumidora de energia do metabolismo.
	Processo endergônico, há consumo de energia (G  0).
		Reação não-espontânea.
	Síntese de glicogênio, colesterol, enzimas e outros a partir de moléculas estruturais.
METABOLISMO
METABOLISMO
DIVISÃO DO METABOLISMO: Anabolismo e Catabolismo
CATABOLISMO
	Fase degradativa e liberadora de energia do metabolismo.
	Quebra de macromoléculas em unidades menores.
	Processo exorgônico - há liberação de energia (G  0).
		Reação espontânea.
METABOLISMO
METABOLISMO
METABOLISMO
As células utilizam energia derivada do ATP, conseguido por meio da energia contida nas moléculas de glicose e ácidos graxos.
	Ácidos graxos: 106 mols de ATP
	Glicose: 32 mols de ATP
O citoplasma contém energia acumulada na forma de glicogênio e triacilglicerídeos (energia estável e dificilmente acessível)
ATP é instável e muito acessível (muita ATPase nas células).
METABOLISMO
Molécula de ATP (Adenosina tri-fosfato)
Ligações Anidrido – ligações de alta energia
METABOLISMO
ATP
ADP (adenosina di-fosfato) + Pi + ENERGIA
Desfoforilação da molécula de ATP
Rompimento das ligações anidridos liberam fosfato e ENERGIA 
ATPase
ADP
ATPase
AMPc (monofosfato de adenosina cíclico) + Pi + ENERGIA
METABOLISMO
A contínua oxidação/redução das COENZIMAS produz ATP. 
METABOLISMO
COENZIMAS
NADH e NAD+ = Nicotinamida adenina dinucleotídeo.
FADH2 e FAD = Flavina adenina dinucleotídeo.
NADPH e NADP+ = Nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato.
As coenzimas atuam como receptores de elétrons (e-) e prótons (H+).
Oxidam-se (perdem elétrons) ou reduzem –se (ganham elétrons).
METABOLISMO
# Reação de oxidação sempre ocorre juntamente com uma reação de redução (perde elétrons somente se outro ganhar). 
METABOLISMO
METABOLISMO
GLICÓLISE
Glicose é o principal substrato para obtenção de energia.
Ocorre no meio intracelular.
Degradação da glicose (hexose) em 2 moléculas de ácido pirúvico ou piruvato (triose).
Utilizado para produção de Acetil-CoA ou no processo de Fermentação.
GLICÓLISE 
GLICÓLISE
GLICÓLISE
As 2 moléculas de piruvato formadas a partir da glicólise podem ser aproveitadas de acordo com a necessidade celular.
	Fermentação (via anaeróbia)
		Fermentação Láctica
		Fermentação Alcoólica (em microrganismos)
	Descarboxilação do piruvato (via aeróbia)
		Produção de Acetil-CoA utilizada no Ciclo de Krebs
GLICÓLISE
Fermentação (via anaeróbia)
FERMENTAÇÃO LÁCTICA (situações de privação ou ausência de O2).
Produção de lactato (ácido láctico) a partir da reoxidação do NADH (perde 2 H+).
Lactato desidrogenase
GLICÓLISE
Fermentação (via anaeróbia)
FERMENTAÇÃO LÁCTICA
Ácido Láctico produzido pode ser captado por outro tecido como o fígado, que o transforma novamente em Piruvato para síntese de uma nova molécula de glicose (Gliconeogênese).
Excesso de Ácido Láctico: Acidemia Láctica (acidose metabólica).
GLICÓLISE
Descarboxilação do piruvato (via aeróbia)
	Se as condições forem aeróbias, o piruvato atravessa a membrana da mitocôndria e sofre descarboxilação (retirada de uma molécula de CO2 e liberação de um fragmento com 2 carbonos – Acetil-CoenzimaA).
	Acetil-CoA pode ser direcionada para o Ciclo de Krebs, para a formação de corpos cetônicos ou ácidos graxos.
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Descarboxilação do piruvato (via aeróbia)
Complexo Piruvato Desidrogenase (CPD)