ESTUDO DIRIGIDO - BIOQUÍMICA

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BIOQUÍMICA – ESTUDO DIRIGIDO
Explique a enzima Piruvato desidrogenase (sua função e regulação).
 O piruvato, derivado da glicose e outros açúcares por meio da via glicolítica, é oxidado (perde elétrons),para liberar acetil-CoA e CO2 por um conjunto de três enzimas: a piruvato-desidrogenase, a diidrolipoil-transacetilase e a diidrolipoil-desigrogenase. 
O processo de conversão do piruvato em dióxido de carbono e Acetil-CoA acontece na mitocôndria das células eucarióticas e no citosol nas células procarióticas. Na reação catalisada pelo complexo piruvato desidrogenase, o grupo carboxila do piruvato é removido na forma de uma molécula de Co2 e os dois carbonos remanescentes tornam-se o grupo acetila. O grupo acetila é ligado ao grupo SH na molécula de CoA . O NADH formado na reação cede dois elétrons para a cadeia respiratória que transporta esses elétrons até o oxigênio. A redução do NAD+ para NADH acompanha a oxidação do piruvato a um grupo acetila, o que mostra que houve transferência de 2 elétrons do piruvato para o NAD+.
Escreva sobre o ciclo do ácido cítrico (CAC) e sua importância.
O ciclo de Krebs é composto por oito reações enzimáticas, que vão oxidar o acetil-CoA. Ele recebe esse nome, pois, diferentemente de outras vias metabólicas em que o substrato é somente precursor do produto, de forma linear, no Ciclo de Krebs, por exemplo, o produto da última reação enzimática é utilizado, novamente, na primeira reação, formando um ciclo. As oito reações do Ciclo de Krebs são catalisadas por oito enzimas. Durante cada volta do Ciclo de Krebs (entrada de um novo acetil-CoA) são produzidas 3 coenzimas reduzidas (NADH + H+), 1 FADH2 e 1 molécula de GTP, que pode ser convertida em ATP.
O CAC é importante pois durante seu ciclo serão geradas coenzimas reduzidas, que doarão seus elétrons para a cadeia de transporte de elétrons (oxidação fosforilativa), que sintetizará o ATP. Assim, a degradação das macromoléculas que formarão acetil-CoA formará energia.
Como 38 moléculas de ATP são produzidas por cada molécula de glicose oxidada (quebrada)? 
Na formação de glicose, quando o NADH, que está no citoplasma, segue pelo caminho do malato-aspartato para passar os íons H+.
São 2 ATPs gerados na glicólise; 6 ATPs no caminho do malato-aspartato,onde na saída de 10H+,3 ATPS são gerados,num saldo de 6 ATPs; 6 ATPs formados quando o piruvato vira Acetil-CoA e 24 ATPs no ciclo do ácido cítrico, onde uma volta gera 12 ATPs, mas como 2 moléculas de Acetil-CoA são formadas,gera um saldo de 24 ATPs.
Quantos ATPs são gerados com apenas uma volta no ciclo do ácido cítrico? Explique. 
Uma volta no ciclo do ácido cítrico fornecem 12 ATPs, como são formadas 2 moléculas de Acetil-CoA, no total, obtém-se 24 ATPs.
Escreva sobre as reações anapleróticas. 
As reações anapleróticas repõem os intermediários do ciclo do ácido cítrico (aminoácidos, carboidratos e outras biomoléculas), à medida que esses intermediários são removidos para servir de precursores biossintéticos, de tal forma que as concentrações nos intermediários do ciclo permanecem quase constantes. 
As reações anapleróticas são catalisadas pela piruvato-carboxilase, PEP carboxilase e enzima málica e são também reguladas para manter o nível de intermediários alto o suficiente para suportar a atividade do ciclo do ácido cítrico. Nos organismos e tecidos animais, as reações anapleróticas, transformam ou piruvato ou fosfoenolpiruvato em oxaloacetato ou malato. 
Nos tecido hepático e renal a reação mais importante é a carboxilação reversível do piruvato por CO2, para formar oxaloacetato, catalisada pela piruvato-carboxilase. Na deficiência de oxaloacetato no ciclo do ácido cítrico ou em qualquer um de seus intermediários, o piruvato é descarboxilado para produzir mais oxaloacetato.
Como ocorre a regulação da velocidade do ciclo do ácido cítrico? 
Três enzimas desempenham um papel regulatório no ciclo do ácido cítrico: a citrato-sintase, a isocitrato-desidrogenase e a α-glutarato-desidrogenase. A citrato-sintase, uma enzima alostérica, é inibida por ATP, por NADH,pela succinil-CoA e pelo produto, citrato. Na reação da isocitrato-desidrogenase o ADP é o ativador alostérico para a enzima. No complexo α-cetoglutarato-desidrogenase, como na citrato-sintase, o ATP, o NADH e a succinil-CoA são inibidores e o ADP e NAD + são ativadores. O ciclo é também controlado pela velocidade de conversão do piruvato em Acetil-CoA.
O que é fosforilação oxidativa (FO)?
É um processo aeróbico, que acontece na mitocôndria, na qual o ADP é fosforilado obtendo-se ATP. A fosforilação oxidativa resulta em um aumento da produção de ATP, associada com a oxidação completa da glicose.
Compare a fosforilação oxidativa com a produção de ATP apenas na glicólise.
 Na fosforilação oxidativa, os elétrons são transferidos do composto orgânico, através de uma série de carreadores a um aceptor final. A transferência de elétrons entre os carreadores libera energia, utilizada na síntese de ATP.
O que ocorre com o consumo de oxigênio pela mitocôndria, quando a concentração de ADP da célula aumenta? Explique.
Isso significa que o consumo de O2 pela célula está alto, pois está havendo gasto de energia. Neste caso, a síntese de ATP é estimulada, pois é sinalizado para a célula, que está havendo muito consumo de ATP.
Explique o que são: ubiquinona, citocromos e proteínas Fe/S (ferro e enxofre)?
Proteínas localizadas na membrana interna da mitocôndria.
-Ubiquinona: é muito pequena e lipossolúvel;
-Citocromos: são macromoléculas que contém o grupo heme, comum com a estrutura da hemoglobina e da mioglobina, porém não ligado ao oxigênio, mas envolvido em uma série de reações redox, nas várias etapas da cadeia transportadora de elétrons;
-Proteínas Fe/S: possuem ferro e/ou enxofre, porém não contém o grupo heme ligado ao ferro.
Explique a teoria quimiosmótica para síntese de ATP. 
A teoria quimiosmótica explica a respiração celular através da cadeia transportadora de elétrons ou cadeia de hidrogênio que acontece na matriz interna da mitocôndria, e que é um processo aeróbico. O NADH, trazido pelos transportadores de elétrons, sofre oxidação e vira NAD, ao passar pelas proteínas do complexo I, presentes na matriz da mitocôndria, transferindo os seus 2 hidrogênios para o O2, formando H2O. O mesmo processo acontece com o FADH2, que também sofre oxidação e vira FAD, porém os 2 hidrogênios trazidos pelos transportadores de elétrons, passa pelas proteínas do complexo II em diante, transferindo esses 2 hidrogênios para o O2 e liberando H2O.
A cadeia transportadora de elétrons na membrana interna da mitocôndria é um processo que está acoplado à síntese de ATP. Os íons que chegam à matriz da mitocôndria pelas proteínas do complexo são bombeados através da membrana. Em condições normais, a membrana externa da mitocôndria é positiva, com ph ácido, enquanto dentro da matriz da mitocôndria é negativo, ou seja, com ph alcalino. Neste caso, quando o NADH, passa pelo complexo I, deixa entrar íons na membrana interna da mitocôndria, assim como o FADH2, quando passa pelo complexo II, III e IV.Na entrada do NADH, 10H+ são bombeados para fora da célula, na volta estes mesmos 10H+ terão que entrar. Este mesmo processo acontece com o FADH2, no entanto, o FADH2 bombeia 6 íons H+ para fora da célula, e deste modo, os mesmos 6 íons deverão voltar. 
A ATP sintase, que é uma enzima que sintetiza ATP, só consegue fazer ATP se deixar o íon H+ voltar para dentro da membrana interna da mitocôndria, sintetizando ATP enquanto deixa os íons retornarem, funcionando como um portão de entrada para a passagem dos íons para a matriz mitocondrial. Os 10H+ do NADH, são usados pela ATP sintase para produzir 3 ATPs, e os 6 H+ do FADH2, são usados para a produção de 2 ATPs pela ATP sintase.
Porque o NADH gera mais ATP do que o FADH2? 
Porque cada NADH após doar os elétrons para o complexo I, resulta na liberação de 10H+. Como a cada 4H+ que passam pela subunidade F1 da ATP sintase resulta na produção de 1ATP.10/4 = 2,5, logo um NADH produz 2,5 ATP.
Explique como funcionam os inibidores e desacopladores da fosforilação oxidativa (FO).
Os inibidores interferem nas proteínas: ubiquinona, citocromos e ferro-enxofre, que fazem o transporte de elétrons através da membrana da mitocôndria, e interrompe esse transporte, o que faz parar a síntese de ATP. Exemplos: drogas do tipo cianeto, antimicina e monóxido de carbono são inibidores.
Os desacopladores não bloqueiam o transporte de elétrons, mas interferem nas cargas. São exemplos de desacopladores, drogas do tipo valinomicina, que levam o potássio K+ para dentro da mitocôndria, tornando este ambiente mais positivo. O pH dentro da mitocôndria é negativo(alcalino) e fora é positivo(ácido), neste caso, o H+ vai continuar saindo da mitocôndria, porém não vai mais querer voltar, pois a matriz da mitocôndria vai estar carregada de prótons K+, o que impede a formação de ATP.
Como ocorre a principal regulação da FO?
 A fosforilação oxidativa é regulada pela alta ou baixa de energia na célula. Na falta de ATP, quando a célula está com muito ADP, a fosforilação oxidativa é estimulada. Quando acontece o contrário, a célula está com muito ATP e pouco ADP, a fosforilação oxidativa é inibida.
Transporte do ATP e do ADP: quem entra e quem sai da mitocôndria?
 O ADP, vindo das reações de quebra de ATP, resultante da atividade celular, é utilizado para fazer ATP. Na formação de ATP, o NAD é fosforilado pela ATP-sintase. O ATP, então sintetizado é enviado para fora da membrana, para ser utilizado pela célula. A ATP-sintase, só solta o substrato (ADP+ fosfato), quando chega mais substrato para a síntese de ATP.
Escreva sobre a gliconeogênese (importância, quando, como e onde ocorre). 
Gliconeogênese, responsável pela produção endógena de glicose. A Gliconeogênese converte o piruvato, lactato e glicerol em glicose. Sua produção no fígado, resulta de uma série de reações químicas. O glicogênio é um polissacarídeo, ou seja, um açúcar formado por estrutura molecular . A gliconeogênese ocorre quando há a produção de glucagon/jejum. O cérebro é um órgão totalmente dependente da glicose no sangue.
Quais as moléculas que podem ser consideradas gliconeogênicas para células humanas? 
Os aminoácidos, com exceção da lisina e leucina, o lactato proveniente da lactose, o piruvato e o glicerol, proveniente da hidrólise dos triacilgliceróis.
Qual a importância do oxaloacetato para a gliconeogênese?
 O oxaloacetato é formado pela oxidação do L-malato, catalisado pela enzima malato desidrogenase e reage com o acetil-CoA para formar citrato, catalisado, por sua vez, pela citrato sintase.
Qual a importância dos ácidos graxos/lipídios para a gliconeogênese? 
A oxidação dos ácidos graxos fornece grandes quantidades de energia na forma de NADH, ATP e GTP para gliconeogênese.
Como ocorre a regulação da gliconeogênese?
Gliconeogênese é a rota pela qual é produzida glicose a partir de compostos aglicanos (não-açúcares ou não-carboidratos), sendo a maior parte deste processo realizado no fígado (principalmente sob condições de jejum) e uma menor parte no córtex dos rins. Em humanos, os principais precursores são: lactato, glicerol e aminoácidos, principalmente alanina.
Quando a concentração de glicose circulante vinda da alimentação diminui, o glicogênio hepático e muscular é degradado (glicogenólise) fazendo com que a glicemia volte a valores normais. Entretanto, o suprimento de glicose desses reservatórios não é sempre suficiente; entre as refeições e durante longos jejuns, ou após exercícios vigorosos, o glicogênio é consumido, situação que também ocorre quando há deficiência do suprimento de glicose pela dieta ou por dificuldade na absorção pelas células. Nessas situações, os organismos necessitam de um método para sintetizar glicose a partir de precursores não-carboidratos. Isso é realizado pela via chamada gliconeogênese, a qual converte piruvato e compostos relacionados de três e quatro carbonos em glicose.
As modificações que ocorrem no metabolismo da glicose durante a mudança do estado alimentado para o estado de jejum são reguladas pelos hormônios insulina e glucagon. A insulina está elevada no estado alimentado, e o glucagon se eleva durante o jejum. A insulina estimula o transporte de glicose para certas células, tais como as dos músculos e tecido adiposo, e também altera a atividade de enzimas chave que regulam o metabolismo, estimulando o armazenamento de combustível. O glucagon contrarregula os efeitos da insulina, estimulando a liberação dos combustíveis armazenados e a conversão de lactato, aminoácidos e glicerol em glicose.
21) A glicólise e a gliconeogênese podem ocorrer simultaneamente (ao mesmo tempo)? Porque? 
A glicólise e a gliconeogênese não ocorrem simultaneamente na mesma célula, porque nenhuma energia seria produzida se o piruvato fosse constantemente convertido.
22) Qual é o nome da enzima responsável pela glicogenólise (degradação/quebra do glicogênio)? Como ela funciona? Em qual extremidade do glicogênio ela atua?
Depois de a glicogénio fosforilase ter quebrado o glicogénio em monómeros de glucose, estes últimos possuem um grupo fosfato no carbono da posição 1. Este isómero não pode ser metabolizado de maneira muito eficaz. A fosfoglicomutase fosforila o carbono da posição 6' e desfosforila o da posição 1'. O resultado é a glucose-6-fosfato, que pode agora ser utilizado na glicólise ou na via das pentoses-fosfato.
23) Como é regulada a degradação do glicogênio do músculo esquelético?
No músculo esquelético a enzima fosforilase do glicogênio é estimulada pelo hormônio epinefrina (adrenalina), produzido durante atividade física em que há gasto de energia (ATP), e aumento de cálcio pela contração muscular, em situações de estresse e susto.
24) Como é regulada a degradação do glicogênio hepático?
No fígado a enzima fosforilase do gligogênio é estimulada pelo hormônio glucagon a produzir glicose no período de jejum, em que ocorre baixa de glicose no sangue. Na presença de insulina, no período pós-prandial a enzima é inibida.
25) Qual é o nome da enzima responsável pela síntese do glicogênio? Como ela funciona? Em qual extremidade do glicogênio ela atua?
A enzima glicogênio sintetase é ativada pela fosfoproteína fosfatase A. Essa enzima é ativada pela insulina. A glicogênese ocorre inteiramente no citosol e corresponde ao processo de síntese de glicogênio. Para tanto, são necessários um substrato (UDP-glicose), e as enzimas Glicogenina (responsável pela sintese do iniciador), a gliocogênio sintase (responsável pelo alongamento da cadeia) e uma enzima ramificadora (criará ramificações).
26) Porque as enzimas fosforilase do glicogênio e glicogênio sintase não funcionam simultaneamente? Explique.
Porque a enzima fosforilase do glicogênio atua na quebra do glicogênio quando da falta de glicose, na presença dos hormônios glucagon e epinefrina, o que estimula a enzima a quebrar o glicogênio para liberar glicose, enquanto a enzima glicogênio sintase é estimulada na alta de glicose, na presença do hormônio insulina.
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