AD1 de bioquimica II

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Analise a estrutura da molécula de ATP e explique a sua importância como composto de alta energia. Elabore um texto justificando a participação desta molécula nos processos que necessitam e liberam energia.
A Adenosina-Tri- Fosfato (ATP) é considerado um composto de alta energia, pois quando sofrem uma quebra de ligação química pela entrada da molécula de água em sua estrutura, é liberada grande quantidade e energia . Quando reações que liberam muita energia acontecem no organismo, utilizando energia vinda da decomposição da glicose ou da luz (fotossíntese), parte dessa energia pode ser guardada, formando uma molécula de ATP. E quando o organismo precisa dela para seus diversos processos , como o transporte ativo de moléculas, síntese e secreção de substâncias , regulação da enzimas através da concentração de ATP e entre outros trabalhos ou reações , pode ser utilizada a energia depositada nessa molécula de ATP, para que as reações desfavoráveis aconteçam.
As reações químicas abaixo representadas fazem parte da glicólise. Observe e analise tais reações e em seguida respondas as questões abaixo:
Fosfoenolpiruvato → piruvato; 
 (2x) 1,3-Bisfosfoglicerato → 3- fosfoglicerato; 
Gliceraldeído-3-fosfato → 1,3 bifosfoglicerato. 
glicose → glicose-6-fosfato 
frutose-6-fosfato → frutose 1,6 bisfosfato.
Em qual ou quais das reações representadas ocorre fosforilação a nível de substrato? Explique o que é uma reação química de fosforilação a nível de substrato. 
Reação V - frutose-6-fosfato → frutose 1,6 bisfosfato. Esta é a terceira reação da etapa de investimento . Onde a fosforilaçãoa nível de substrato é a formação direta de ATP, através da transferência de um grupo fosfato para a ADP, vindo de uma molécula fosforilada. E é isso que acontece nesta reação , a frutose-6-fosfato será fosforilada novamente, recebendo o fosfato no carbono 1.
Qual destas reações representa a primeira reação da via glicolítica? Explique como esta reação ocorre e sua importância para a célula. 
A reação IV - glicose → glicose-6-fosfato . Esta reação ocorre na etapa de de investimento. A glicose entra na célula por transporte passivo, sem gasto de energia atraés da GRUT, uma proteína carreadora específica . Ela tem a capacidade de realizar o fluxo bidirecional da glicose. Esta reação é importante para a célula pois após a fosforilação da glicose , ela não pode sair mais da células , garantindo a sua permanência dentro da célula.
 Em qual ou quais reações ocorre oxidação utilizando NAD+ como coenzima? 
A reação III - Gliceraldeído-3-fosfato → 1,3 bifosfoglicerato. Nesta reação, que é sexta na via glicolítica , sendo parte da etapa de pagamento. As desidrogenases, enzimas oxidorredutases catalisadoras da transferência de íons hidrogênio e um par de elétrons de um substrato, reduzem o NAD+ enquanto oxidadam o seu substrato.
Cepas mutantes da bactéria E. coli são capazes de assimilar hexoses fosforiladas do meio. Um inóculo de uma cepa desta bactéria foi replicado em um meio nutritivo que continha frutose1fosfato como única fonte de carbonos e energia. Considere que esses mutantes apresentam os genes que codificam as enzimas da via glicolítica e as enzimas frutose fosfato aldolase, triose quinase e triose fosfato isomerase. Para cada 2 mols de frutose 1fosfato oxidados até lactato pelas enzimas bacterianas, quais os produtos finais (NADH, ATP e lactato)? 
Cite os 3 pontos de regulação da via glicolítica, reações, enzimas e como cada uma delas é regulado. Comente sobre a importância do balanço ATP/ADP no controle desta via e a lógica dos processos de regulação. 
O primeiro ponto de regulação: a hexoquinase
A hexoquinase é a primeira enzima da glicólise e catalisa a reação de fosforilação da glicose, a glicose-6P esta é a 1º reação da via glicolítica (R1).
Podemos concluir que a hexoquinase é uma enzima reguladora, onde a glicose-6-fosfato é tanto o substrato como o regulador alostérico.
A reação de hexoquinase utiliza uma ligação do ATP de alto poder energético e forma um composto de baixo poder energético, que é a glicose-6-fosfato. Por apresentar uma inibição pelo produto, a hexoquinase para de funcionar quando uma quantidade expressiva de glicose-6-fosfato é produzida e permanece inativa até que o nível dessa molécula reduz como resultado de seu uso por outras reações.
 Outra regulação pela qual a hexoquinase passa é a que sua isoforma glicoquinase, sofre inibição pela ligação reversível com uma proteína reguladora específi ca, onde quando os níveis de glicose sanguíneo caem para 5 mM, a enzima é inibida pela proteína reguladora. A proteína ancora a glicoquinase dentro do núcleo da célula, isolando-a das outras enzimas da glicólise presentes no citoplasma. Quando o nível de glicose aumenta, ela causa a dissociação entre a proteína reguladora e a glicoquinase. Isto causa um retorno da enzima ao citoplasma reativando a via glicolítica.
O segundo ponto de regulação: A fosfofrutoquinase-1 é a terceira enzima da via e catalisa a reação de fosforilação da frutose-6P em frutose-1,6-biP (R3).
É um importante sítio de regulação metabólica porque a atividade desta enzima pode ser aumentada ou reduzida por um certo número de metabólitos comuns. Tais efeitos são do tipo alostérico, pois são resultados de uma interação entre o metabólito e o catalisador protéico em um sitio diferente daquele onde ocorre a catálise. A enzima requer Mg2+ e é específica para frutose-6-fosfato. Sua atividade é estimulada pelo ADP e quando há excesso de ATP ela é inibida. Além do ATP, o citrato e o isocitrato, podem agir como moduladores inibitórios da fosfofrutoquinase, atuando assim como efetores negativos. Por outro lado, o AMP, ADP e frutose-6-fosfato estimulam a enzima, fazendo papel de efetores positivos. Quando a relação ATP/ADP for alta a atividade da enzima fosfofrutoquinase é severamente inibida, no entanto quando esta mesma relação é baixa a fosfofrutoquinase tem sua atividade acelerada. Como em condições aeróbicas a relação ATP/ADP é alta, a velocidade da reação da fosfofrutoquinase é reduzida e consequentemente a glicólise também é reduzida. Dependendo do nível de Acetil CoA, o nível de intermediários do ciclo de Krebs pode aumentar.
Portanto, a inibição alostérica da fosfofrutoquinase, principalmente pelo ATP, é o principal mecanismo regulador da glicólise.
O terceiro ponto de regulação: A piruvato quinase é a última enzima da via e catalisa a conversão de fosfoenolpiruvato em piruvato com a síntese de uma molécula de ATP (R10).
A reação da piruvatoquinase é um ponto de controle secundário na glicólise. É também uma enzima alostérica. Em altas concentrações de ATP, a enzima é inibida e é ativada em baixa carga energética. O piruvato quinase é inibida alostericamente por alanina, também por Acetil CoA e por ácidos graxos de cadeia longa. Assim, sempre que a célula obtém um agrande quantidade de ATP, a glicólise é inibida pela ação da fosfofrutoquinase ou da piruvatoquinase. Entretanto , quando a concentrações de ATP está baixa, a afinidade do piruvato quinase pelo fosfoenolpiruvato aumenta, e esta atitude capacita a enzima a transferir o grupo fosfato do fosfoenolpiruvato para o ADP.
5. Estabeleça se há semelhança ou diferença entre as fermentações alcoólica e láctica quanto às seguintes características: 
a) Quantidade e atuação de enzimas adicionais à glicólise 
Na fermentação alcoólica se tem 12 enzimas, 10 correspondente a via da glicólise e mais duas reações adicionais , 2 Piruvato descarboxilase e álcool desidrogenase. Sendo: 
 Piruvato acetaldeído + CO2 
Acetaldeído + NADH.H+ etanol + NAD+
 A fermentação láctica se tem 11 enzimas, 10 correspondente a via da glicólise e mais uma reação adicional de 1 Lactato desidrogenase.
 Piruvato + NADH.H+ → lactato + NAD+.
b) Re-oxidação do NADH, e explique porque ocorre esse processo. 
Na fermentação láctica o NADH será reduzido pela enzima gliceraldeído-3- fosfato desidrogenase voltando a ser oxidado pela enzimalactato desidrogenase, permitindo assim que a via continue ativa, pois disponibiliza NAD+ e impede que a via paralise.
Na fermentação alcoolica se inclui a via glicolítica e mais 2 reações, sendo a conversão de piruvato em acetaldeído com a produção de CO2 seguida da conversão do acetaldeído em etanol, com a reoxidação do NADH reduzido na glicólise. 
c) Número de carbonos do produto final. Seria possível que os produtos finais fossem ainda mais degradados?
Na fermentação alcoólica tem como produto final o etanol com 2 carbonos .
Na fermentação láctica tem como produto final o lactato com 3 carbonos. 
Sim, seria possível que estes produtos fossem ainda mais degradados.
d) Descarboxilação – isto é, em qual das duas vias o piruvato perde carbono? Qual a forma pela qual o carbono perdido sai da via? 
O piruvato perde carbono através da via da fermentação alcoólica. O carbono perdido sai na forma de CO2.
6. Saccharomyces cerevisiae (levedo) cresce anaerobiamente, usando glicose como fonte de carbono e produzindo etanol. O levedo poderia excretar piruvato em lugar de etanol? Que semelhança tem este metabolismo com o do tecido muscular em condições de esforço extenuante?
Não, pois o etanol que é produto da fermentação alcólica é gerado a partir do piruvato.
O crescimento da Saccharomyces cerevisiae , está relacionado com com fermentação alcoólica, pois elas são células anaeróbicas. Enquanto o tecido muscular em condições de esforço extenuante se refere a fermentação láctica, pois quando a concentração de oxigênio é pouca para realizar a respiração aeróbica , o piruvato é desviado para a fermentação láctica, para suprir essa necessidade . As duas seguem a via de produção de energia anaeróbia, nelas não existem síntese de ATP adicional na conversão do piruvato no produto final da fermentação. Tanto na fermentação alcoólica quanto na lática, o objetivo das mesmas é regenerar o carreador de elétrons NAD+ a partir do NADH produzido na glicólise, permitindo que essa via permaneça funcionando.
7. A reação química catalisada pelo complexo piruvato desidrogenase é uma reação importante no metabolismo porque faz a conexão entre a degradação de glicose e o ciclo do ácido cítrico, outra importante rota metabólica. Sobre a reação química catalisada pelo complexo piruvato desidrogenase, responda as questões abaixo: 
a) Faça um esquema desta reação, indicando substratos e produtos. 
O complexo piruvato desidrogenase, possui 3 enzimas e 5 coenzimas :
E1: piruvato desidrogenase com a coenzima tiamina pirofosfato (TPP).
E2: diidrolipoil transacetilase com a sua coenzima ácido lipóico (LIP).
E3: diidrolipoil desidrogenase com as coenzimas NAD+,  coenzima A e FAD.
O Piruvato e NAD+, são os substratos da reação.
O Acetil- CoA, NADH.H+ e CO2 são os produtos desse complexo piruvato desidrogenase.
b) Explique os destinos metabólicos dos produtos desta reação. 
O NADH.H+ continua na célula e será usado nas próximas etapas da respiração celular. 
O CO2 retorna pelo sangue até os pulmões, onde será liberado para à atmosfera pelo processo de expiração.
 O acetil-CoA dará início a próxima etapa da respiração celular que é o ciclo do ácido cítrico.
c) A doença beribéri, que resulta da deficiência de vitamina B1 (tiamina) na alimentação, é caracterizada por sintomas neurológicos e cardíacos, bem como pelo aumento da concentração de piruvato. Como a deficiência de tiamina acarreta o aumento dos altos níveis de piruvato?
A tiamina pirofosfato (TPP ) é responsável pela fermentação. Ela é um dos cofatores para ativar o complexo Piruvato desidrogenase (PDH). Se houver deficiência de tiamina , a reação fica impossibilitada de acontecer , não podendo formar Acetil-CoA, e com isso havendo o acumulo de piruvato.