Aula 01 Bioq II 2014-01 Introdução

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UENF, CBB, LQFPP
Prof. Gustavo Rezende
LQFPP, P5, salas 222/223
Bioquímica II – Metabolismo
Medicina Veterinária
Horário: 4ª feira, 08 as 12Hs
e-mail da disciplina: bioqui_gusrez@yahoo.com.br
senha: Gibbs1401
Atenção! Para o entendimento de Bioquímica II é necessário 
utilizarmos conhecimentos adquiridos em Bioquímica I!
Em Bioquímica II estudaremos o metabolismo
O que é o Metabolismo?
É o conjunto de reações enzimáticas que ocorrem dentro das 
células.
• Obter energia química pela degradação de nutrientes ou capturando 
energia solar
• Converter os nutrientes em pequenas moléculas (precursoras)
• Organizar as pequenas moléculas em polímeros ou em moléculas 
complexas
• Formar e degradar biomoléculas necessárias a funções celulares 
especializadas, como lipídios de membrana, mensageiros intracelulares 
e pigmentos.
O que é o Metabolismo?
É o conjunto de reações enzimáticas que ocorrem dentro das 
células.
O metabolismo busca:
Três conceitos importantes:
1) Via metabólica e metabólitos
2) Catabolismo
3) Anabolismo
Metabolismo:
Uma via metabólica simples:
Uma via metabólica simples:
Uma via metabólica leva a transformação de um 
composto em outro (no caso de A a F), através de uma 
série de reações enzimáticas. 
Cada etapa (cada reação) leva a uma pequena mudança 
química no composto.
Uma via metabólica simples:
Cada um desses compostos (A, B, C, D, E ou F) são 
chamados de metabólitos.
Um metabólito é algum intermediário dentro do 
metabolismo.
O metabolismo é dividido em duas partes:
Catabolismo – é a fase degradativa do metabolismo, na qual moléculas de 
nutrientes (carboidratos, lipídios e proteínas) são convertidas em produtos
menores e mais simples (ex: CO2, ácido láctico). As vias catabólicas liberam
energia. Parte da energia é conservada na forma de ATP e carreadores de 
elétrons reduzidos (NADH, NADPH e FADH2), porém parte é dissipada na
forma de calor.
Catabolismo – é a fase degradativa do metabolismo, na qual moléculas de 
nutrientes (carboidratos, lipídios e proteínas) são convertidas em produtos
menores e mais simples (ex: CO2, ácido láctico). As vias catabólicas liberam
energia. Parte da energia é conservada na forma de ATP e carreadores de 
elétrons reduzidos (NADH, NADPH e FADH2), porém parte é dissipada na
forma de calor.
Anabolismo (Biossíntese) – precursores pequenos e simples são usados para a 
produção de moléculas maiores e mais complexas (ex: lipídios, DNA, proteínas e 
polissacarídeos). Tais reações requerem energia, geralmente na forma de 
grupamentos fosforil transferidos do ATP e de poder redutor transferido do 
NADH, NADPH e FADH2.
O metabolismo é dividido em duas partes:
Anabolismo
Catabolismo
O metabolismo é dividido em duas partes:
Catabolismo, Anabolismo e tipos de vias metabólicas:
Vias metabólicas podem ser lineares, ramificadas ou cíclicas
Em geral vias catabólicas são convergentes e vias anabólicas 
são divergentes.
Catabolismo, Anabolismo e tipos de vias metabólicas:
Sobre a produção e gasto de energia:
Dois conceitos importantes: Bioenergética e Termodinâmica
Bioenergética: É o estudo quantitativo das transduções de energia 
que ocorrem nas células vivas e a natureza e função dos processos 
químicos envolvidos nestas transduções. A bioenergética obedece as 
leis da termodinâmica.
Sobre a produção e gasto de energia:
Dois conceitos importantes: Bioenergética e Termodinâmica
Termodinâmica: é a ciência que estuda as relações entre o calor e 
outras formas de energia.
Bioenergética: É o estudo quantitativo das transduções de energia 
que ocorrem nas células vivas e a natureza e função dos processos 
químicos envolvidos nestas transduções. A bioenergética obedece as 
leis da termodinâmica.
Relação entre calor e vida?
Sobre Termodinâmica:
??
De alguma forma os animais transformam 
combustíveis químicos (comida) em calor e 
tal processo é essencial à vida.
Sobre Termodinâmica:
“…No geral, respiração não é nada se não uma 
combustão lenta do carbono e do hidrogênio, 
que é completamente similar ao que ocorre em 
uma lâmpada acesa ou uma vela, e que, deste 
ponto de vista, os animais que respiram são 
verdadeiros corpos combustíveis que queimam e 
se consomem… Pode-se dizer que a tocha da 
vida acende a sí própria no momento em que o 
bebê respira pela primeira vez, e não se 
extingue, exceto na morte.”
Sobre Termodinâmica:
Hoje já sabemos mais sobre a “tocha da vida”, que são as reações 
bioquímicas para a transdução de energia.
Tais reações obedecem às mesmas leis físicas que regem todos os 
outros processos físicos.
É preciso entender essas leis e como se aplicam ao fluxo de energia.
Sobre Termodinâmica:
Existem quatro leis da termodinâmica (veremos duas):
1a Lei da Termodinâmica – Princípio da Conservação da Energia:
“Para qualquer transformação/ alteração física ou química, a 
quantidade total de energia no universo se mantém constante; a 
energia pode mudar de forma ou pode ser transportada de uma região 
para a outra, mas não pode ser criada ou destruída.”
1a Lei da Termodinâmica – Princípio da Conservação da Energia:
“Para qualquer transformação/ alteração física ou química, a 
quantidade total de energia no universo se mantém constante; a 
energia pode mudar de forma ou pode ser transportada de uma região 
para a outra, mas não pode ser criada ou destruída.”
Nada se cria, nada se perde, tudo de transforma.
2a Lei da Termodinâmica:
“Em todos os processos naturais a entropia no universo aumenta.”
E o que é entropia? Tem a ver com perda de calor e probabilidade de 
distribuição de partículas em um sistema fechado. A entropia pode ser, 
de uma certa forma, entendida como o grau de desordem de um 
sistema. Vem do grego “transformação”.
2a Lei da Termodinâmica:
“Em todos os processos naturais a entropia no universo aumenta.”
E o que é entropia? Tem a ver com perda de calor e probabilidade de 
distribuição de partículas em um sistema fechado. A entropia pode ser, 
de uma certa forma, entendida como o grau de desordem de um 
sistema. Vem do grego “transformação”.
A 2a Lei da Termodinâmica diz então: O universo sempre tende à
desordem (por exemplo: moléculas complexas degradam-se em 
moléculas simples).
2a Lei da Termodinâmica:
“Em todos os processos naturais a entropia no universo aumenta.”
E o que é entropia? Tem a ver com perda de calor e probabilidade de 
distribuição de partículas em um sistema fechado. A entropia pode ser, 
de uma certa forma, entendida como o grau de desordem de um 
sistema. Vem do grego “transformação”.
A 2a Lei da Termodinâmica diz então: O universo sempre tende à
desordem (por exemplo: moléculas complexas degradam-se em 
moléculas simples).
Alexandre Cherman: A entropia pode ser entendida como: “Você está
jogando um jogo com o universo no qual você sempre perde”.
2a Lei da Termodinâmica:
Seta do tempo
moléculas de gás em um recipiente
entropia menor entropia maior
2a Lei da Termodinâmica:
Oxidação da glicose
Ocorre um aumento do número de moléculas e uma substância sólida é convertida em 
moléculas líquidas e gasosas, que possuem maior liberdade de movimentação, maior 
desordem molecular. E aí a entropia aumenta.
Os seres vivos são uma coleção de moléculas muito mais 
organizadas e complexas do que o meio que os circula. 
Eles mantêm e produzem ordem. Então… eles violam a 
2a Lei da Termodinâmica?!
Os seres vivos são uma coleção de moléculas muito mais 
organizadas e complexas do que o meio que os circula. 
Eles mantêm e produzem ordem. Então… eles violam a 
2a Lei da Termodinâmica?!
Não! 
Fonte de energia “eterna”para manutenção da vida:
Os seres vivos se mantêm 
ordenados captando energia 
do ambiente ao redor.
Parte dessa energia retorna 
ao ambiente em formas 
“não usáveis”, como o calor 
e a entropia.
Sol
Entropia sempre aumentando:
Os seres vivos se mantêm 
ordenados captando energia 
do ambiente ao redor.
Parte dessa energia retorna 
ao ambiente em formas 
“não usáveis”, como o calor 
e a entropia.
Os seres vivos são uma coleção de moléculas muito mais 
organizadas e complexas do que o meio que os circula. 
Eles mantêm e produzem ordem. Mas ao mesmo tempo 
eles não violam a 2a Lei da Termodinâmica...
Glicose + Pi -> Glicose-6-fosfato (diminuiu a entropia).
Os seres vivos são uma coleção de moléculas muito mais 
organizadas e complexas do que o meio que os circula. 
Eles mantêm e produzem ordem. Mas ao mesmo tempo 
eles não violam a 2a Lei da Termodinâmica...
Mas e as reações anabólicas (de biossíntese) dentro 
das células?
Os seres vivos são uma coleção de moléculas muito mais 
organizadas e complexas do que o meio que os circula. 
Eles mantêm e produzem ordem. Mas ao mesmo tempo 
eles não violam a 2a Lei da Termodinâmica...
As energias livres de reações acopladas são aditivas...
Glicose + Pi -> Glicose-6-fosfato (diminuiu a entropia).
Reações enzimáticas:
ubstrato
roduto
Reações enzimáticas:
Energia livre de Gibbs (G): energia que pode realizar trabalho 
durante a reação em temperatura e pressão constantes.
ubstrato
roduto
Reações enzimáticas:
Energia livre de Gibbs (G): energia que pode realizar trabalho 
durante a reação em temperatura e pressão constantes.
ubstrato
roduto
Reações enzimáticas:
variação na energia 
livre padrão 
bioquímica = ΔG’O
Lembrando o que significa delta (Δ): Valor final – Valor inicial.
ubstrato
roduto
variação na energia 
livre padrão 
bioquímica = ΔG’O
Reações enzimáticas:
O substrato (S) possui mais energia que o produto (P).
ubstrato
roduto
Energias livres de reações acopladas:
Voltaremos a essa reação daqui a pouco...
Variação na energia livre: ΔG
ΔG negativo: reação exergônica, espontânea, libera energia
ΔG positivo: reação endergônica, não-espontânea, consome 
energia
Variação na energia livre: ΔG
ΔG negativo: reação exergônica, espontânea, libera energia
ΔG positivo: reação endergônica, não-espontânea, consome 
energia
Variação na energia livre: ΔG
∆∆∆∆G = ∆∆∆∆H- T∆∆∆∆S
Entalpia (H) – É o conteúdo de calor de um sistema que está reagindo. 
Reflete o número e os tipos de ligações químicas nos reagentes e produtos.
Entropia (S) – É a expressão quantitativa da desordem no sistema. Quando 
os produtos são mais desorganizados do que reagentes, diz-se que a reação 
procedeu com ganho de entropia.
T – Temperatura absoluta em Kelvin.
Variação na energia livre: ΔG
∆∆∆∆G = ∆∆∆∆H- T∆∆∆∆S
Variação na energia livre: ΔG
Unidades de ΔG e ΔH: Joules/mol ou Caloria/mol (significando 
energia ou trabalho por quantidade de moléculas).
Unidades de ΔS: Joule/(mol . K) ou Caloria/ (mol . K) 
(significando energia ou trabalho por quantidade de moléculas 
vezes a temperatura).
∆∆∆∆G = ∆∆∆∆H- T∆∆∆∆S
Energia livre padrão: Go
Existem duas “∆Go”...
Energia livre padrão: Go
∆Go = variação na energia livre em condições “padrão”
(298 K, 1 atm, concentrações de solutos a 1 M)
∆G’o = variação na energia livre padrão bioquímica = ∆Go
em pH 7,0 e em solução aquosa. 
É a variação na energia livre padrão bioquímica (∆G’o) 
que utilizaremos nos estudos de metabolismo.
A variação na energia livre padrão (∆Go) está diretamente 
relacionada com a constante de equilíbrio.
Reação: aA + bB cC + dD
a, b, c, d são o número de moléculas de A, B, C, D.
A variação na energia livre padrão (∆Go) está diretamente 
relacionada com a constante de equilíbrio.
Reação: aA + bB cC + dD
a, b, c, d são o número de moléculas de A, B, C, D.
Um sistema reage até atingir o equilíbrio químico, quando 
a velocidade da reação para formar produtos é igual a 
velocidade para formar reagentes.
No estado de equilíbrio as concentrações de produtos e 
reagentes definem a constante de equilíbrio (Keq).
A variação na energia livre padrão (∆Go) está diretamente 
relacionada com a constante de equilíbrio.
Reação: aA + bB cC + dD
a, b, c, d são o número de moléculas de A, B, C, D.
A constante de equilibro é dada pela equação:
Keq = [C]c[D]d / [A]a[B]b
[A], [B], [C], [D] é a concentração molar dos componentes 
da reação no ponto de equilíbrio
No padrão bioquímico (pH 7,0 e solução aquosa) temos 
então:
K’eq
K’eq e ΔG’o são constantes físicas características de cada
reação. Existe uma relação entre elas:
No padrão bioquímico (pH 7,0 e solução aquosa) temos 
então:
K’eq
K’eq e ΔG’o são constantes físicas características de cada
reação. Existe uma relação entre elas:
Simplificando:
Relação entre ∆G’0 e Keq’
Se:
Keq’> 1
Keq’= 1
Keq’< 1
Então
∆G’o < 0
∆G’o = 0
∆G’o > 0
Simplificando:
Forma direta: na direção da formação dos produtos.
Forma inversa: na direção da formação dos reagentes (substratos).
As alterações de energia livre padrão são aditivas...
Acoplamento!!!!!
Bom, na verdade temos três energias livres...
∆G’o = Energia livre padrão bioquímica
∆Go = Energia livre padrão
∆G = Energia livre
∆G’o = Energia livre padrão bioquímica (constante)
∆Go = Energia livre padrão (constante)
∆G = Energia livre (encontrado na vida real)
Bom, na verdade temos três energias livres...
∆G’o = Energia livre padrão bioquímica (constante)
O ∆G’o Só nos conta em qual direção uma reação vai quando a 
concentração inicial de cada composto é de 1M.
∆G = Energia livre (encontrado na vida real)
A variação real de energia livre depende das concentrações dos substratos e 
produtos. 
O ∆G (na vida real) de qualquer reação procedendo espontaneamente para o 
equilíbrio é sempre negativo, torna-se menos negativo com o andar da 
reação e é zero no ponto de equilíbrio, indicando que nenhum trabalho mais 
pode ser realizado.
Aí que entra a lei da ação das massas e a equação:
Quando C e D são consumidos, a relação produtos/substratos é menor que 
1,0 e o valor de ln será negativo, o que diminui o valor de ∆G.
Essa lei diz quer a taxa de uma reação é proporcional ao produto das 
concentrações das moléculas participantes (ou seja, a concentração (massa) de 
substratos e produtos determina o ∆G de uma determinada reação).
Sobre a lei da ação das massas.
Voltando ao metabolismo:
Mapa metabólico:
Toda a complexidade do metabolismo é levada a 
cabo por um pequeno número de tipos de reações... 
Toda a complexidade do metabolismo é levada a 
cabo por um pequeno número de tipos de reações...
Existem apenas 6 classes de enzimas!
Classificação das Enzimas:
Sobre ATP e outros compostos fosforilados:
A síntese de degradação do ATP é central para o metabolismo:
ATP ADP + Pi
Mas... o que é o ATP?
ATP: adenosina trifosfato
ATP: adenosina trifosfato
É um nucleosídeo de adenina mais três fosfatos.
ATP ADP + Pi
+
ATP 
ADP
Pi
Fosfato inorgânico:
O fosfato inorgânico (Pi) é um ion de fosfato livre em solução, assim chamado para 
diferir dos fosfato encontrados em biomoléculas (ATP, ADP, etc). Na situação 
fisiológica (pH 7,0) o Pi consiste de uma mixtura de íons HPO2-4 e H2PO-4. 
forma completamente ionizada (PO3-4)
Pi: fosfato inorgânico
Sobre ATP e outros compostos fosforilados:
O ATP fornece energia por transferência de grupo, e não simplesmente 
pela hidrólise.
Reação escrita em uma etapa 
Reação escritaem uma etapa 
Reação real, em duas etapas
Sobre ATP e outros compostos fosforilados:
Além do ATP, outros compostos fosforilados e tioésteres também 
possuem altas valores de energia livre de hidrólise:
Fosfoenolpiruvato (PEP)
1,3 Bifosfoglicerato
Acetil-CoA (Tioéster)
Fosfoenolpiruvato (PEP)
1,3 Bifosfoglicerato
Acetil-CoA (Tioéster)
O que é um tioéster? 
É quando um enxofre substitui um oxigênio em uma
ligação ester:
ester tioéster:
Acetil-CoA
Sobre ATP e outros compostos fosforilados:
Compostos de alta energia e compostos de baixa energia:
Reações de Oxidação-Redução:
Assim como a transferência de grupos fosforil é central para o 
metabolismo, a transferência de elétrons é igualmente importante.
Reações de Oxidação-Redução:
Assim como a transferência de grupos fosforil é central para o 
metabolismo, a transferência de elétrons é igualmente importante.
Essa transferência de elétrons ocorre em reações de oxidação-redução, 
onde duas espécies trocam elétrons: quem perde elétron é oxidado, quem 
recebe elétrons é reduzido.
Reações de Oxidação-Redução:
Assim como a transferência de grupos fosforil é central para o 
metabolismo, a transferência de elétrons é igualmente importante.
Essa transferência de elétrons ocorre em reações de oxidação-redução, 
onde duas espécies trocam elétrons: quem perde elétron é oxidado, quem 
recebe elétrons é reduzido.
Dica: Receber Elétrons = REduzido.
Reações de Oxidação-Redução:
E porque um composto oxidado “perde” elétrons?
Oxigênio
Reações de Oxidação-Redução:
E porque um composto oxidado “perde” elétrons?
Aumento de eletronegatividade
Oxigênio é um 
dos elementos 
mais 
eletronegativos
Exemplo de reação de Oxidação-Redução:
Exemplo de reação de Oxidação-Redução:
Quais compostos são mais 
oxidados? Quais são os mais 
reduzidos?
Quais compostos são mais 
oxidados? Quais são os mais 
reduzidos?
Exemplo de reação de Oxidação-Redução:
Definições:
Oxidação significa a adição de oxigênio na molécula ou a perda de 
hidrogênio da molécula.
Redução significa a adição de hidrogênio na molécula (Receber Elétron) 
ou a perda de oxigênio da molécula.
Exemplo de reação de Oxidação-Redução:
Quais compostos são mais 
oxidados? Quais são os mais 
reduzidos?
Quais compostos são mais 
oxidados? Quais são os mais 
reduzidos?
Exemplo de reação de Oxidação-Redução:
Formas mais reduzidas
Formas mais oxidadas
O metabolismo requer transportadores de elétrons 
especializados:
Coenzimas carreadoras de elétrons:
NAD+
NADP+
FAD
FMN
- Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo
- Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo Fosfato
- Flavina Adenina Dinucleotídeo
- Flavina Mononucleotídeo
O metabolismo requer transportadores de elétrons 
especializados:
Coenzimas carreadoras de elétrons:
NAD+
NADP+
FAD
FMN
Essas quatros moléculas sofrem reduções e oxidações reversíveis nas 
reações de transferência de elétron
formas oxidadas formas reduzidasNADH
NADPH
O metabolismo requer transportadores de elétrons 
especializados:
Coenzimas carreadoras de elétrons:
NAD+
NADP+
FAD
FMN
solúveis
ligados em proteínas, como grupos 
prostéticos, forte ou covalentemente
O metabolismo requer transportadores de elétrons 
especializados:
O metabolismo requer transportadores de elétrons 
especializados:
Nicotinamida Adenina Dinucleotídio
é a co-enzima da maioria das oxidações biológicas
(oxidado)
No NADP+ esse grupo hidroxil é
esterificado com fosfato.
Adenina
Nicotinamida Adenina Dinucleotídio
é a co-enzima da maioria das oxidações biológicas
(oxidado)
No NADP+ esse grupo hidroxil é
esterificado com fosfato.
Adenina
Nicotinamida
Nicotinamida Adenina Dinucleotídio
é a co-enzima da maioria das oxidações biológicas
NAD+ recebe um íon hidreto e vira NADH
Íon hidreto: H- (2 elétrons, 1 próton)
+ H+
(reduzido)
(oxidado)
No NADP+ esse grupo hidroxil é
esterificado com fosfato.
Adenina
Nicotinamida
Nicotinamida Adenina Dinucleotídio
é a co-enzima da maioria das oxidações biológicas
+ H+
Implicação (quase) prática:
(reduzido)
(oxidado)
No NADP+ esse grupo hidroxil é
esterificado com fosfato.
Adenina