1-Metabolismo

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IntroduIntroduçção ao Metabolismoão ao Metabolismo
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Carboidratos
Gorduras
Proteínas
Nutrientes que 
liberam energia
Proteínas
Polissacarídeos
Lipídios
Ácidos nucléicos
Macromoléculas 
celulares
CO2
H2O
NH3
Produtos finais 
pobres em energia
Aminoácidos
Açúcares
Ácidos graxos
Bases nitrogenadas
Moléculas 
Precursoras
AnabolismoAnabolismoCatabolismoCatabolismo
ATP
NADPH
Energia 
química
Relacionamento energético entre as vias catabólicas e as vias anabólicas
As vias catabólicas liberam energia química na forma de ATPATP e de NADHNADH (ou NADPHNADPH), que 
são utilizados, nas vias anabólicas (biossintéticas), para converter moléculas precursoras 
pequenas em macromoléculas celulares. 
Metabolismo
O termo metabolismo é
utilizado para se referir a 
soma de todas as reações 
químicas que ocorrem em um 
organismo vivo. 
Uma vez que as reações 
químicas liberam ou 
necessitam de energia, o 
metabolismo pode ser visto 
como uma ação de 
balanceamento de energia. 
Desta forma, metabolismo 
pode ser dividido em duas 
classes de reações químicas: 
aquelas que liberam energia e 
aquelas que requerem 
energia.
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Variação de energia livre em reações metabólicas
Embora se diga, de uma maneira geral, que as reações catabólicas tendem a liberar energia 
e as reações anabólicas tendem a consumir energia, de fato, todas as reações na célula 
ocorrem com uma diminuição resultante na energia livreenergia livre, isto é, ∆∆GG é sempre menor do que 
zero. 
Em uma célula, estas reações não são isoladas, mas sim unidas, de modo que a energia livre 
de uma reação termodinamicamente favorável pode ser transferida a uma segunda reação 
desfavorável para permitir que ela ocorra.
A variação padrão de energia livre para a reação, ∆∆GGoo, é uma constante para uma reação 
particular. Pode ser um valor positivo ou negativo e indica se a reação ocorre 
espontaneamente (∆Go < 0) ou não (∆Go >0).
Uma reação bioquímica pode inicialmente parecer ser proibitiva, porque sua variação de 
energia livre é maior do que zero. Contudo, a reação pode ocorrer quando está acoplada a 
uma segunda reação cujo valor de ∆∆GG seja muito grande e negativo, de modo que a variação 
resultante na energia livre para as reações combinadas é ainda menor do que zero.
O ATPATP está frequentemente envolvido em tais reações acopladas, porque suas reações 
podem liberar uma grande quantidade de energia.
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Adenosina Trifosfato (ATP)
O ATP é um composto de potencial energético elevado formado à custa da energia liberada 
no catabolismo e que se constitui numa reserva energética na célula. 
Quando a energia é necessária para as reações de síntese, a ruptura de uma ligação entre 
dois grupos fosforilo, num número suficiente de moléculas de ATP, libera essa quantidade 
de energia.
A molécula apresenta três ligações P-O:
� Uma ligaligaçção ão fosfofosfoéésterster, cuja hidrólise é
acompanhada de uma variação de energia 
livre padrão, ∆Go’ ≈ - 2,5 kcal.mol-1, 
correspondente à reação:
AMP + H2O → Adenosina + Pi
� Duas ligaligaçções ões fosfoanidridofosfoanidrido ou
pirofosfatopirofosfato, cuja hidrólise é acompanhada 
por uma grande diminuição de energia livre, 
∆Go’ ≈ - 7,5 kcal.mol-1, para cada uma das 
reações:
ATP + H2O → ADP + Pi
ADP + H2O → AMP + Pi
Observação: adenosinaadenosina = adenina + ribose; AMPAMP = adenosina monofosfato; ADPADP = adenosina difosfato; 
ATPATP = adenosina trifosfato; 1 cal1 cal = 4,184 J.
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Papel do ATP em uma reação acoplada
A fosforilação da glicose por fosfato inorgânico (HPO42- ou Pi) é termodinamicamente 
desfavorável (∆Go’ = + 13,8 kJ.mol-1):
ATP + H2O ADP + Pi
A hidrólise do ATP é uma reação espontânea (∆Go’ = - 30,5 kJ.mol-1 ou – 7,3 kcal.mol-1): 
CH2OH
C O
C C
C C
H
HO
OH
H
H
OH
H
OH
H H
OH
H
OH
H
H
OH
HO
H
CC
CC
OC
OCH2 PO3
2-
+ Pi + H2O
Quando as duas reações são combinadas, os valores de ∆Go’ são adicionados:
Glicose + Pi glicose-6-fosfato + H2O (∆Go’ = +13,8 kJ .mol-1)
ATP + H2O ADP + Pi (∆Go’ = -30,5 kJ .mol-1)
Glicose + ATP glicose-6-fosfato + ADP (∆Go’ = -16,7 kJ .mol-1)
Portanto, a reação global para a fosforilação da glicose é termodinamicamente favorável. 
Na célula, esta reação é catalisada pela enzima hexoquinase e uma fosforila é transferida 
do ATP diretamente para a glicose.
Observação: O ATP não é realmente hidrolisado. Contudo, escrevendo as duas reações acopladas fica 
mais fácil de visualizar o que acontece termodinamicamente.
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O ATP é formado nos organismos vivos por fosforilação do ADP, acoplada com reações de 
oxidação que fornecem a energia necessária. 
Essas fosforilafosforilaççõesões oxidativasoxidativas ocorrem nas transferências de elétrons pela cadeia 
respiratória das células aeróbicas (onde o oxigênio é o aceptor final de elétrons, isto é, o 
oxidante), ou na fase luminosa da fotossíntese (fotofosforilação), que permite a 
conversão da energia luminosa em energia química. Estes dois processos têm lugar, 
respectivamente, nas mitocôndrias e nos cloroplastos.
A fosforilação do ADP em ATP ocorre também, sem a interferência do oxigênio, em 
processo denominado fosforilafosforilaçção no não no níível de substratovel de substrato.
Formação de ATP
Observação:
Guanosina trifosfato ou GTP difere do ATP 
por conter guanina como base nitrogenada
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Co-fatores reduzidos
Em geral, o catabolismo de aminoácidos, oses e ácidos graxos é um processo de oxidação
(oxidação é a perda de elétrons). 
� Por exemplo, os grupamentos metileno (- CH2-) saturado (reduzido) de um ácido graxo são 
eventualmente liberados como CO2, no qual o carbono é totalmente oxidado. 
Ao contrário, a síntese de aminoácidos, oses e ácidos graxos a partir de precursores 
ainda menores é geralmente um processo de redução (redução é o ganho de elétrons).
As reações de oxidorredução envolvem a transferência de elétrons (simbolizados por e-), 
de modo que, quando um composto é oxidado e doa os seus elétrons, um outro composto é
reduzido quando aceita os elétrons. 
Nutriente
(reduzido)
Nutriente
(oxidado)
Co-fator
(oxidado)
Co-fator
(reduzido)
e-
Uma coenzima é um grupamento orgânico que participa de uma 
reação enzimática. 
O termo co-fator inclui coenzimas, assim como, íons metálicos
que são essencias para algumas atividades enzimáticas
Os co-fatores mais relevantes para o metabolismo são as 
coenzimas NAD+ (ou NADP+) e FAD.
Quando um nutriente é oxidado, seus elétrons são colhidos por uma coenzima:
� Cada elétron se move como um átomo de hidrogênio (um próton e um elétron).
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As vias catabólicas geram quantidades consideráveis de co-fatores reduzidos. 
� Alguns deles são reoxidados em reações anabólicas. 
� Os restantes são reoxidados em processo que libera energia e que é acompanhado pela 
síntese de ATP a partir de ADP + Pi.
Em organismos aeróbicos, a reoxidação do NADH e a produção acoplada de ATP necessitam 
da redução do O2 a H2O.
O2
H2O
Co-fator
(reduzido)
Co-fator
(oxidado)
e-
Observação: Os organismos anaeróbicos, sintetizam ATP sem o uso de O2 como agente oxidante.
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Coenzimas NAD+ e FAD
Estrutura das formas oxidadas da nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD+) 
e da flavina adenina dinucleotídeo (FAD). 
N
NAD+ é um co-fator no 
qual um derivado de 
niacina (nicotinamida) e 
uma ribose formam 
juntos uma metade do 
nucleotídeo; um 
nucleotídeo de adenina 
forma a outra metade.FAD é um co-fator 
nucleotídico
constituído de uma 
riboflavina (também 
conhecida como 
vitamina B2) unida por 
um difosfato a uma 
adenosina. 
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Estrutura da forma oxidada da nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato (NADP+)
O dinucleotídeo NADP+ difere do NAD+
apenas pela presença de um grupo fosfato (em 
vermelho) esterificado ao carbono 2 da ribose 
do nucleotídeo de adenosina.
Em geral, NAD+ participa em reações catabólicas 
e NADP+ em reações anabólicas.
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Reações de óxido-redução catalisadas por enzimas desidrogenases que têm 
NAD+ e FAD como coenzimas. 
Observação: Estão representadas apenas as partes reativas do NAD+ e FAD, o restante das moléculas sendo simbolizado 
por R.
O substrato reduzido (SH2) é
oxidado, perdendo dois átomos 
de hidrogênio, e as coenzimas 
convertem-se nas suas formas 
reduzidas. 
O NAD+ recebe um íon hidreto
(um próton e dois elétrons), 
ficando o segundo próton no 
meio.
O FAD recebe os dois átomos 
de hidrogênio. 
A reação é reversível, de modo 
que o co-fator reduzido pode 
tornar-se oxidado pela 
entrega de seus dois elétrons.
Pelo fato das coenzimas serem 
solúveis em solução aquosa, 
elas podem trafegar por toda 
a célula, transferindo os 
elétrons dos compostos 
reduzidos para os oxidados. 
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A Coenzima A é um derivado de 
nucleotídeo contendo uma adenosina 
fosforilada ligada a um ácido pantotênico
(vitamina B3), com uma cadeia lateral 
terminando em uma sulfidrila (SH).
� A hidrólise da ligação tioéster tem valor de ∆Go’ = -31,5 kJ.mol-1, compatível ao da hidrólise do ATP� A hidrólise da ligação tioéster tem valor de ∆Go’ = -31,5 kJ.mol-1, compatível ao da hidrólise do ATP
Uma terceira classe de compostos que 
podem liberar uma grande quantidade de 
energia por hidrólise são os tioésteres, 
como a acetil-Coenzima A (grupo acetil 
ligado a sulfidrila da CoA).
Acil-Coenzima A: Quando o grupo 
R (cadeia hidrocarbonada) não é
especificado.CoA S
O
C R
Coenzima A (CoA ou CoA-SH)
CoA S
O
C CH3
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A oxidação de nutrientes leva à
redução de coenzimas que são 
oxidadas por O2, produzindo ATP.
Pi = fosfato inorgânico (HPO42- a pH 7,4).
Os processos biológicos utilizam a 
energia do ATP, sintetizado por 
oxidação de nutrientes.
Esquema simplificado do processo de obtenção e utilização de energia em 
organismos quimiorganotróficos (*)
(*) Organismos que utilizam compostos orgânicos como fontes de carbono e de energia. 
A maioria das bactérias e todos os fungos e animais são quimiorganotróficos.
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Observação: As setas indicam reações em alguns casos, e em outros, etapas de vias metabólicas 
compostas por várias reações. 
Mapa simplificado de parte do metabolismo de carboidratos, lipídios e proteínas
No estágio I, centenas de 
proteínas e muitas espécies de 
lipídeos e de carboidratos são 
degradadas liberando as 
moléculas fundamentais que as 
compõem, que são em número 
relativamente pequeno.
No estágio II, as moléculas 
fundamentais são degradadas até
o produto comum, os grupos acetil 
do acetil-CoA.
No estágio III, o catabolismo 
converge para o ciclo do ácido 
cítrico.
Como produtos finais do 
catabolismo são formados, 
principalmente, CO2, H2O e NH3.