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Estudo Dirigido - Módulo III
Defina: Metabolismo, Catabolismo e Anabolismo.
METABOLISMO: São todas as transformações químicas que ocorrem em uma célula ou organismo, organizando-se em uma série de reações catalisadas por enzimas, todo este processo compreende as Vias Metabólicas, que são sequências enzimáticas que podem ser lineares ou cíclicas estando interligadas e reguladas por um propósito comum;
CATABOLISMO: Compreende a fase de degradação, onde moléculas orgânicas complexas como proteínas, carboidratos e lipídeos são convertidas à produtos mais simples, ocorrendo liberação de energia;
ANABOLISMO: Está definido dentro da biossíntese, onde moléculas precursoras mais simples vão dar origem a moléculas maiores e mais complexas, necessitando de energia para que as reações ocorram.
Qual é a diferença entre uma reação endergônica e uma reação exergônica? Qual tipo de reação tende a ocorrer espontâneamente? Por que?
Conforme as leis da termodinâmica as reações precisam de certa quantidade de energia para que consigam realizar trabalho durante uma reação com temperatura e pressão constantes, sendo este caracterizado como a variação da energia livre de Gibbs (∆G) desta forma quando tempos uma variação de ∆G positivo a reação é endergônica, e quando temos ∆G negativo a reação é exergônica.
Tendendo a reação exergônica a acontecer de forma espontânea, pois esta ocorrerá na direção que aumenta a entropia do universo, ou seja, sua desordem. 
Quais os destinos do piruvato formado na glicólise?
Em condições aeróbicas o piruvato é oxidado a acetato (acetil-CoA) que entra no Ciclo do Ácido Cítrico, sendo oxidado a CO2 
Em condições anaeróbicas pode seguir dois destinos:
Fermentação lática: o piruvato é convertido à lactato pela piruvato desidrigenase, este piruvato pode ser convertido à glicose no fígado pelo Ciclo de Cori;
Fermentação alcoólica: ocorre em leveduras e outros microorganismos, sendo o piruvato convertido a Etanol e CO​2
Em que condições o músculo oxida glicose a lactato? Descreva o mecanismo do ciclo envolvido na regeneração do piruvato.
Quando em tecidos animais não ocorre aporte suficiente de oxigênio para oxidar o piruvato e o NADH. Então, o NAD+ é regenerado a partir de NADH pela redução de piruvato a lactato. Esta redução é catalisada pela piruvato desidrogenase. 
O lactato pode ser reciclado quando transportado ao fígado, onde é convertido a glicose durante a recuperação da atividade muscular exaustiva, através da gliconeogénese. Acarretando uma respiração acelerada por algum tempo após o exercício. Este consumo extra de O2 promove fosforilação oxidativa no fígado e consequentemente eleva-se a produção de ATP, que é necessário para a gliconeogénese, assim forma-se glicose a partir do lactato, que é transportada de volta ao músculo.
Na formação de lactato a coenzima NAD é oxidada ou reduzida?
Na formação do lactato o piruvato é reduzido à lactato e o NADH é oxidado a NAD+.
Quais são os produtos da glicólise?
No balanço final da glicólise serão produzidos: 2 piruvatos, 2 NADH, 2 H+, 2 ATPs e 2 H2O.
Quais são as enzimas reguladoras da glicólise? E seus moduladores?
O ajuste necessário para regulação da glicolise é alcançado pela interação complexa do consumo de ATP, a regeneração de NADH e a regulação alostérica de algumas enzimas, como a hexocinase, PFK-1 e piruvato-cinase.
Tendo como efetores positivos (ativadores): Frutose-1,6-bifosfato, Frutose-2,6-bifosfato, ADP, AMP, Fosfato, K+; e Efeitores negativos (inibidores): ATP, NADH, Citrato, Ácidos graxos de cadeia longa, H+,Ca+; 
Como ocorre a transformação de piruvato em etanol?
O piruvato é convertido em etanol e CO2​ num processo que envolve duas etapas.
Na primeira o piruvato é descarboxilado em uma reação irreversível catalisada pela piruvato-descarboxilase, que requer MG2+e tiamina-pirofosfato, formando acetaldeído. Na segunda etapa o acetaldeído é reduzido a álcool pela ação da álcool-desidrogenase.
Em que compartimento celular o piruvato é descarboxilado a Acetil-CoA?
O piruvato é convertido a Acetil-CoA pelo complexo da PDH (piruvato-desidrogenase) na matriz mitocondrial.
Indicar as vitaminas necessárias para a reação de formação de Acetil-CoA a partir de piruvato.
São necessárias quatro vitaminas diferentes essenciais: tiamina, riboflavina, niacina, pantotenato.
Na mitocôndria o Acetil-CoA será oxidado pelo Ciclo de Krebs. Quantos Carbonos possui o Acetil-CoA? Quantas moléculas de CO2 são produzidas no Ciclo de Krebs?
O Acetil-CoA possui um total de 21 carbonos, sendo liberado 4 moléculas de CO2 pelo ciclo de Krebs.
Qual a localização celular do ciclo do ácido cítrico?
O ciclo do ácido cítrico ocorre na matriz mitocondrial.
Que composto é oxidado no ciclo do ácido cítrico?
O Ciclo do Ácido Cítrico é um processo cíclico no qual ocorre a oxidação do Acetil-CoA.
Dê o nome do composto com o qual Acetil-CoA condensa-se (reação1) e o nome do composto resultante.
Na primeira reação, Acetil-CoA condensa-se com oxaloacetato, formando citrato através da citrato-sintase.
O tratamento de uma suspensão de mitocôndrias com cianeto ou com oligomicina inibe tanto o consumo de oxigênio quanto a síntese de ATP. Explique estes resultados.
Se liga a ATP-sintase inibindo a síntese de ATP e reduzindo a transferência de elétrons.
Qual a contribuição do ciclo do ácido cítrico na produção de energia, uma vez que cada volta só produz um ATP?
Devido as quatro etapas do ciclo abstecerem a cadeia transportadora de elétrons com NADH e FADH2, que promoveram a produção de grande quantidade de elétrons durante a fosforilação oxidativa, aproximadamente 2,5 para o primeiro e 1,5 para o segundo.
Além da oxidação do acetato, qual é a outra função do Ciclo do Ácido Cítrico?
O ciclo do ácido cítrico é o pivô do metabolismo intermediário. Onde produtos finais de processos catabolicos são utilizados para alimentar o ciclo. Vale ressaltar que sob determinadas circunstâncias metabólicas, intermediários são drenados do ciclo e utilizados em outras vias biossintéticas. Sendo estes intermediários repostos por reações anapleróticas.
 
O que são reações anapleróticas e catapleróticas?
Reações catapleróticas são aquelas nas quais ocorre consumo por outras rotas biossintéticas dos intermediários do ciclo do ácido cítrico.
Reações anapleróticas são aquelas nas quais os intermediários do ciclo do ácido cítrico que forma removidos para outras rotas metabólicas são repostos.
Relacione a atividade da piruvato-carboxilase com a presença ou não de Acetil- CoA.
A piruvato carboxilase promove a carboxilação reversível do piruvato à oxaloacetato, toda a vez que o ciclo está deficiente em oxaloacetato.
É uma enzima de regulação e é essencialmente inativa na ausência de Acetil-CoA. Todavia quando a Acetil-CoA esta presente em excesso ela estimula a reação da piruvato-carboxilase para a produção de mais oxaloacetato.
Como ocorre a regulação do ciclo a partir do complexo piruvato desidrogenase?
O complexo PDH é fortemente inibido por ATP e por Acetil-CoA e NADH. A inibição alostérica da oxidação do piruvato é aumentada quando ácidos graxos estão presentes. Portanto a enzima é inibida quando temos combustível em excesso e ativada quando a demanda de energia esta elevada. 
Explique a regulação do ciclo por cada enzima citada abaixo:
Citrato-sintase;
O citrato, por ação da enzima aconitase transforma-se em isocitrato. A reação envolve a formação de um intermediário, o cis-aconitato, que se obtém por desidratação do citrato. Posteriormente, forma-se isocitrato, por hidratação do cis-aconitato através da reacção com a mesma aconitase. Assim o citrato e o isocitrato são isomeros de posição. A reação de formação do cis-aconitato é endergónica, logo a formação de citrato por este, é exergonica (tem tendência para se dar). No entanto, o isocitrato está em baixa concentração na célula pois é consumido rapidamente no próximo passo do ciclo. A aconitase consegue assimcaptar H20, sendo no entanto necessário a presença Fe2+ ( co-factor).
Isocitrato desidrogenase;
A formação de α-cetoglutarato por descarboxilação oxidativa, implica um conjunto de 3 reações que se iniciam por desidrogenação do isocitrato por ação da isocitrato desidrogenase na presença de NAD+ (que se reduz a NADH), formando assim oxalosucinato. Depois o Mn2+ liga-se ao grupo carbonilo deste composto, estabilizando o enol e provocando a libertação de CO2. Na última reação, dá-se uma hidrogenação, com rearranjo do híbrido de ressonância.
α-cetoglutarato desidrogenase.
Na formação de succinill-CoA por descarboxilação oxidativa do α-cetoglutarato liberta-se novamente NADH. Esta reação é catalizada pelo complexo multienzimático α-cetoglutarato desidrogenase (α-cetoglutarato, dihidrolipoil transsuccinilase e dihidrolipoil desidrogenase), na presença de coenzimas e grupos proestéticos (tiamina pirofosfato, ácido lipóico, CoA, FAD e NAD+), ativada pelo Ca2+. Esta reação é altamente exergonica devido à energia armazenada na ligação S-CoA. A α-cetoglutarato desidrogenase é idêntica em estrutura e função ao PDH. 
Por que o Ciclo do Ácido Cítrico deve ficar inibido na ausência de oxigênio se esta via não utiliza esta molécula? Por que a glicólise não fica?
 Na ausência de O2 o NADH não pode ser oxidado a NAD+, logo isto passa a acontecer pela conversão de piruvato a lactato. Porém este evento produz ácido pirúvico que promove dimerização com a ATP sintase que fica inibida. 
Assim a glicólise aumenta, pois passa ser a única fonte de O2.
Descreva o rendimento em ATP, CO2 produzido e O2 consumido no ciclo de Krebs.
Durante o ciclo de Krebs são produzidos 2 ATPs + 6NADH (15ATPs) + 2 FAD (3ATPs) num total de 20 ATPs.
Sendo produzido 4 moléculas de CO2. Não havendo consumo de O2.
Interprete: O ciclo de Krebs é uma via metabólica anfibólica e anaplerótica.
Pois serve a processos tanto anabólicos como catabólicos. Além de realizar catabolismo oxidativo, o ciclo fornece precurssores para as mais variadas vias de biossíntese. 
Logo esses precursores devem ser repostos as ciclo o que ocorre por reações anapleróticas.
Além do NAD e das flavoproteínas, quais outros transportadores de elétrons estão envolvidos no processo de fosforilação oxidativa?
Ubiquinonas, Citocromo (A,B,C) e pelo menos oito proteínas ferro-enxofre.
Identifique e caracterize a ação dos complexos I, II, III e IV participantes deste processo.
O tratamento brando da membrana mitocondrial interna com detergentes permite a resolução de quatro únicos complexos transportadores de elétrons, cada um capaz de catalisar a transferência de elétrons através de uma parte da cadeia . Os complexos I e II catalisam a transferência de elétrons para a ubiquinona a partir de dois doadores de elétrons diferentes: o NADH (complexo I) e o succinato (complexo II). O complexo III transporta elétrons da ubiquinona até o citocromo c e, o complexo IV completa a seqüência transferindo elétrons do citocromo c para o O2.
Como o transporte de elétrons pode gerar energia? Explique
A fosforilação oxidativa é o processo metabólico de síntese de ATP a partir da energia liberada pelo transporte de elétrons na cadeia respiratória. Todo o processo depende de dois fatores, a energia livre obtida do transporte de elétrons e armazenada na forma de gradiente de íons de hidrogênio e uma enzima transportadora denominada ATP-sintase. Durante o fluxo de elétrons há liberação de energia livre suficiente para a síntese de ATP em 3 locais da cadeia respiratória: Complexos I,III e IV. Estes locais são denominados “sítios de fosforilação oxidativa ”. Nestes locais a liberação de energia livre é em quantidade equivalente à necessária para a síntese do ATP.
De que modo o ciclo de Krebs e a cadeia respiratória se inter-relacionam para a produção de energia para a célula?
O ciclo de Krebs é um conjunto de reações que ao promoverem a oxidação de seus substratos intermediários requer alguma espécie que possa atuar como aceptor de elétrons. Isso geralmente se dá com a redução do NAD+ à NADH e do FAD à FADH2. No entanto, como a quantidade de NAD+ e FAD presentes livres na mitocôndria é pequena, o ciclo de Krebs necessita de um aporte continuo de ambos NAD+ e FAD. Tal aporte contínuo é fornecido pela cadeia respiratória, pois essa, ao realiza o transporte de elétrons do NADH e do FADH2, promovendo a regeneração das espécies oxidadas NAD+ e FAD, permitindo a manutenção do ciclo de Krebs.
Diferencie os caminhos seguidos pelos elétrons provenientes do NADH e do FADH2.
A diferença central do caminho seguido pelos elétrons do NADH e do FADH2 é que o NADH será utilizado para reduzir a ubiquinona por meio do Complexo 1 da cadeia transportadora, a NADH – Ubiquinona Oxidorredutase. Já a o FADH2 será utilizado para reduzir a ubiquinona por meio do Complexo 2 da cadeia transportadora, a Succinato – Ubiquinona Oxidorredutase.
Como os elétrons do NADH citosolico são aproveitados pela fosforilação oxidativa, uma vez que este processo ocorre na membrana mitocondrial interna? Explique o processo. 
Como a membrana mitocondrial interna não é permeável aos nucleotídeos envolvidos nas reações de oxido-redução, faz-se necessária a presença de espécies intermediárias que possam transportar os elétrons através da membrana interna para a matriz mitocondrial. Esse transporte se dá através da lançadeira de glicerol-fosfato e da lançadeira do malato-aspartato. Na lançadeira do glicerol-fosfato, o NADH citoplasmático é usado para reduzir a dihidroxiacetona fosfato para glicerol 3-fosfato, o qual é transportado através da membrana interna e será oxidado na matriz mitocondrial para reduzir o FAD a FADH2, o qual será utilizado na fosforilação oxidativa. 
Na lançadeira do malato-aspartato, o NADH no citoplasma reduz o oxaloacetato a malato, o qual é transportado através da membrana mitocondrial interna e será oxidado de volta a oxaloacetato e reduzirá o NAD+ citoplasmático a NADH, o qual também será usado na fosforilação oxidativa.
Descreva como ocorre a síntese de ATP pela ATP sintase?
O fluxo de elétrons através do complexo I III e IV resulta no bombeamento de prótons através da membrana mitocondrial interna tornando a matriz alcalina em relação ao espaço intermembrana. Este gradiente de prótons fornece a energia (na forma de forca próton-motriz) para a síntese de ATP a partir de ADP+Pi pela ATPsintase na membrana interna. A ATPsintase realiza a “catalise rotacional” onde o fluxo de prótons através do domínio funcional Fo faz com que os três sítios de ligação do dominio F1 impulsionam prótons de volta para a matriz e gerando a molécula de ATP a cada giro do sitio.
Como ocorre a regulação da fosforilação oxidativa?
A fosforilacao oxidativa é regulada pelas demandas energéticas celulares. A [ADP] intracelular e a razão massa-ação [ATP]/([ADP][Pi]) são medidas do estado energético de uma célula. Em células hipoxicas, (desprovidas de oxigênio) um inibidor proteico bloqueia a hidrolise de ATP pela atividade reversa da ATP-sintase,impedindo uma queda drástica na[ATP].
Cite alguns inibidores da cadeia de transporte de elétrons e/ou do complexo ATP sintase.
Os inibidores da cadeia transportadora de elétrons são: 
Rotenona e barbitúricos (COMPLEXO I) – NADH não oxidado enquanto FADH2 sim.
Malonato (COMPLEXO II) – FADH não é oxidado enquanto FADH2 sim.
(UBIQUINONA ) – inibidor não conhecido.
(COMPLEXO III) – antimicina A.
(CITOCROMO C) – inibidor não conhecido.
Cianeto, monóxido de carbono e azida sódica (COMPLEXO IV) - NADH e FADH2 não oxidados.
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