Bioquímica Metabolismo

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• Para se entender grande parte da 
bioquímica, ou seja:
– formação de ligações;
– estrutura de moléculas;
– catálise enzimática
– vias metabólicas 
É preciso entender energia!
 
Povos da Antiguidade:
A vida se iniciava com uma CHAMA acesa na 
hora do nascimento que se apagava na hora da 
morte
O calor do corpo e o ar úmido da respiração 
caracterizavam a vida. Água, calor e ar eram os 
ingredientes da vida. Posteriormente o fogo foi 
colocado como o 40 elemento
Hipócrates “Pai da Medicina”
As doenças seriam as manifestações dos 4 
elementos.
Todos os seres vivos e objetos inanimados são 
feitos apartir dos 4 elementos …
Aristóteles: O quinto elemento – A alma da 
matéria. 
 
Aristóteles
A ALMA DA MATÉRIA
Aristóteles, 384-332 A.C.
A noção de vida e morte foi 
extrapolada para objetos 
inanimados. A alma da matéria 
manteria os elementos unidos, a 
sua perda levaria a morte.
 
200 a.c
Os Alquimistas
Transformação da matéria Isolar o quinto elemento
Perpetuou até o Séc. XIX … 
Não se associava a vida a reações 
químicas …
Por volta de 200a.c. os Alquimistas 
começaram a observar as reações 
quimicas. Diferente dos médicos 
trabalhavam também com os 
minerais. Queriam isolar “alma da 
matéria” e transformar o mortal em 
imortal.
 
1703- George Ernst Stahl Professor de medicina da universidade de Halle 
Teoria do flogístico
-George Ernst Stahl propôs a teoria do flogístico 
1703 - G.E. Sthal 
A alma da matéria passa a se chamar de Flogístico (Princípio do fogo). 
Durante a combustão o flogístico ambandonaria o corpo. Tentaram isolar o 
flogístico (gás). Perceberam que existiam vários tipos de gases …
 
“ O ar ruim”
Aqueceu o carbonato de cálcio (CaCO3)
“ar ruim”
Joseph Black 
(1728-1799)
 
Joseph Priestley 
(1733-1804)
Ar bom
Aquecia oxido de mercúrio
“ O ar bom”
 
Os experimentos de Prietsley
2Hg + O2 2HgO
Mercúrio Óxido de 
Metálico mercúrio
Fogo 
Brando
2Hg + O2 2HgO
Mercúrio Óxido de 
Metálico mercúrio
Fogo 
Intenso
Os animais viviam mais e a vela ardia por mais tempo na presença desse 
gás recém descoberto – o “ar deflogisticado” ou “ar perfeito”.
Descobriu que as plantas invertem os efeitos da respiração e da queima 
da matéria orgânica
 
Derrubou a teoria 
do Flogistico
 
 
Retirava o ar depois que o
 rato havia morrido
Cal
(óxido 
de cálcio)
 
O mesmo acontecia com a queima da vela
 
Será que a queima da matéria orgânica e a 
respiração são ambas reações químicas em que 
o oxigênio se transforma em CO2, H2O e calor? 
 
Calorímetro de Lavoisier-La Place
Se a respiração e a queima são a mesma reação química, então deve existir uma 
proporcionalidade entre as quantidades de CO2 e de calor produzidas ...
 
Calorímetro de Lavoisier-La Place
Se a respiração e a queima são a mesma reação química, então deve existir uma 
proporcionalidade entre as quantidades de CO2 e de calor produzidas ...
 
“A respiração é portanto uma combustão, muito lenta 
é verdade, mas de qualquer forma perfeitamente 
semelhante à combustão do carvão ou de qualquer 
outra matéria orgânica. Ela ocorre no interior dos 
pulmões sem produzir luz perceptível, porque a 
matéria liberada pelo fogo é imediatamente absorvida 
pela umidade dos tecidos”.
(Lavoisier, 1787, vol. II, 331)
 
Tratado elementar da química
 
 
 
Todas as formas de energia são, a princípio, interconversíveis. 
Em todos os processos a quantidade total de energia é conservada.
 
PRINCÍPIOS DE BIOENERGÉTICA
Células e 
organismos 
necessitam 
realizar trabalho 
para a manutenção 
da vida, 
crescimento e para 
sua reprodução
Trabalho químico: síntese dos componente celulares
Trabalho osmótico: acúmulo e retenção de sais e outros compostos 
contra gradiente de concentração
Trabalho mecânico: contração muscular e movimentação de flagelos
 
BIOENERGÉTICA
Bioenergética estuda como os organismos vivos 
capturam, transformam e usam energia 
Todos os 
organismos vivos 
derivam sua energia 
direta ou 
indiretamente da 
energia radiante da 
luz solar 
Os organismos 
vivos são 
interdependentes, 
trocando energia e 
matéria através do 
meio ambiente
 
O que é termodinâmica?
– Muito resumidamente, é o estudo da energia e suas transformações. 
– Tudo sobre termodinâmica está contido de forma implícita em duas 
aparentemente simples declarações chamadas a Primeira e Segunda 
Leis da Termodinâmica. 
– Se você souber qualquer coisa sobre essas leis, saberá que elas têm 
a ver com energia - a primeira, explicitamente, e a segunda, 
implicitamente. 
– Estas leis não se podem demonstrar; são axiomas. A sua validade é 
estabelecida com base no fato de a experiência não a contradizer, 
nem contradizer as conseqüências que dela se podem deduzir.
 
Primeira Lei da Termodinâmica
• É a lei de conservação de energia aplicada aos processos 
térmicos.
• “Em um sistema isolado a energia interna permanece 
constante.”
• A energia não pode ser criada ou destruída.
A energia pode ser: 
– Armazenada
– Transformada de uma forma para outra
– Transferida de um sistema para outro (ou para a 
vizinhança)
Na natureza nada se cria, nada se destrói, tudo se transforma
 
Segunda Lei da Termodinâmica
• Expressa a relação entre a entropia e a espontaneidade de uma 
transformação
• A entropia de um sistema isolado nunca decresce.
• “A entropia do Universo aumenta numa transformação espontânea e 
mantém-se constante numa situação de equilíbrio.” 
• O calor não passa espontaneamente de um corpo de menor 
temperatura (frio) para um corpo de maior temperatura (quente). 
 
A SEGUNDA LEI DA 
TERMODINÂMICA
Processos espontâneos 
aumentam a desordem
(entropia) do universo
 
 
ORGANISMOS VIVOS SÃO
ALTAMENTE ORDENADOS,
ESTRUTURAS NÃO 
RANDÔMICAS, IMENSAMENTE 
RICOS EM INFORMAÇÃO E, 
ENTÃO
POBRES EM ENTROPIA 
VIOLAÇÃO DA SEGUNDA LEI?
Sistema aberto
Matéria Energia
VIZINHANÇA
Seres vivos são sistemas 
abertos, que trocam matéria 
(nutrientes e produtos de 
excreção) e calor (do 
metabolismo) com seu meio e 
nunca estão em equilíbrio
Organismo + meio = universo
Entropia do universo 
 
A entropia do sistema é reduzida, mas a do universo é aumentada,
devido a liberação de calor para o ambiente.
 
Dr. Josiah Willard Gibbs
(1839 - 1903) 
∆G = ∆H - T∆S
(1878)
∆G não fornece 
qualquer
informação sobre a 
velocidade
de uma reação!
 
Acoplamento energético em um processo químico
Se o produto tem menor G do que o reagente: a reação 
libera energia, disponível para realizar trabalho: 
∆G = (-) Reação exergônica
Ao contrário: ∆G = (+) Reação endergônica
Cada composto tem um certo potencial energético (G: 
energia livre) que depende do tipo e do número de 
ligações em sua molécula
 
DEFINIÇÃO DE ΔG (Energia livre de Gibbs)
ΔG = ΔH - TΔS
G = Energia livre: 
Energia capaz de 
realizar trabalho
 durante uma 
reação a T e P 
constante:
Se a reação libera 
energia livre 
∆G = (-) exergônico
Se ganha energia 
livre
∆G = (+)
endergônico
S = Entropia: 
expressão 
quantitativa 
para desordem 
 e caos: 
Se os produtos 
são menos 
complexos e 
mais 
desordenados:
ganho de 
entropia
∆S = (+)
H = Entalpia: 
conteúdo de calor 
de um sistema de 
reação; reflete o 
número e o tipo de 
ligações nos 
reagentes e 
produtos
H reg > H prod:
∆H = (-) exotérmico
H reg <H prod:
∆H = (+)
endotérmico
 
Reações espontâneas 
= energeticamentefavoráveis 
= exergônicas
• Variação negativa de energia livre ocorre com um 
aumento da entropia global do universo. Então a 
variação de energia livre tem de ser negativa para 
que uma reação seja espontânea.
∆G = ∆Hsistema - T∆Ssistema < 0
• Não confundir reação espontânea com reação rápida!
• A variação de energia livre serve para descrever a 
energética das reações bioquímicas.
 
Dois processos espontâneos: um 
endotérmico e outro exotérmico!
Dissolução do
 NaCl
NaCl(s)→ Na+(d) + Cl−(d)
Oxidação do
 hidrogênio
H2(g) +½O2(g) → H2O(ℓ)
 
Reações favoráveis e 
desfavoráveis. Reações acopladas
No acoplamento das reações bioquímicas, a energia liberada por uma reação é 
utilizada em outras reações que requerem energia.
 
 
 
Glicose → 2lactato + H+ ∆G°’= -196 kJ mol-1 de glicose
Via glicolítica ∆G’°
-20,9
+2,2
-17,2
-22,8
+7,9
-16,7
+4,7
-3,2
-23,0
kJ mol-1
∆G
-27,2
-1,4
-25,9
-5,9
-4,4
-1,1
-0,6
-2,4
-13,9
’
 
 
 
Compostos de alta energia
• ATP e transferência de grupos fosfato
• Reações acopladas
• Outros compostos fosforilados 
(fosfocreatina, fosfoenolpiruvato, etc)
• Tioésteres (Acetil-coenzima A)
 
 
Transferência de grupos fosforila
• Utilizada para impulsionar reações, que sem ela 
seriam endergônicas.
• Altera a energia de conformação de uma 
proteína ou serve como sinal para modificar a 
atividade de uma proteína.
 
O ATP pode doar grupos fosforil, 
pirofosforil e adenilil 
 
Reações biológicas de óxido-
redução
• Tão importante quanto a transferência de 
grupos fosforil no metabolismo é a transferência 
de elétrons em reações de óxidação-redução.
• O fluxo de elétrons em reações de óxido-
redução é responsável, direta ou indiretamente, 
por todos os trabalhos realizados pelos 
organismos vivos.
 
 
Carreadores ativados de elétrons
• Para oxidação de alimentos
– NAD+/NADH
– FAD/FADH2
• Para biossínteses redutoras
– NADP+/NADPH
• De fragmentos de dois carbonos
– Coenzima A (carreador de acilas)