Aula 08 - Metabolismo e Bioenergética

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10/05/2018
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Metabolismo e 
Bioenergética
Bioquímica e Biofísica
Profa Ms. Ana Carolina Rangel Port
Juntando tudo!
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Sobrevivência
 Todo ser vivo faz:
 Divisão celular
 Respiração
 Bombear substâncias pela 
membrana
 Movimentar-se  flagelos e 
cílios e contração muscular
 Fazer ligações químicas
 Como ele faz?  ENERGIA!
Energia
 Habilidade em produzir trabalho
 Necessidade energética  energía 
necessária para o crescimento ou
manutenção de uma pessoa de idade, 
sexo, peso, altura e nível de atividade
física definidos.
CALORIAS
Seu corpo 
gastando 
energia
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Você já parou 
pra pensar 
como tem 
energia pra 
pensar?!
O Metabolismo!
(meta= integrar/ bolismo = processo)
O que é 
metabolismo?
Metabolismo – é o conjunto das 
reações bioquímicas que 
ocorrem em um organismo
 Metabolismo energético  parte 
do metabolismo que diz respeito ao 
armazenamento e utilização de 
energia
 Metabolismo de lipídeos  diz 
respeito a síntese e degradação de 
lipídeos
 Metabolismo de açúcares  diz 
respeito a síntese e degradação 
açúcares
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Vias 
metabólicas 
conjunto de 
reações
 A unidade do metabolismo é a 
via metabólica:
Cada via metabólica tem uma 
função
 Para que serve na célula
Cada via metabólica tem sua 
regulação
 Como é ligada e desligada
Cada via metabólica tem suas 
conexões
 Com que outras vias se conecta
Mapa metabólico 
Metabolismo 
eucarionte
Tipicamente uma célula eucariótica pode sintetizar mais 
de 30k proteínas diferentes que catalisam milhares de 
reações envolvendo centenas de metabólitos em uma via 
metabólica
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Energia do 
metabolismo
 Cada Macromolécula é divida em outras menores
 LPD Acidos Graxos
 CHO monossacarídeos
 PTN  aminoácidos
 Cada etapa de quebra deve ser um processo controlado
 Entram em jogo:
 ATP – Adenosina trifosfato  unidade básica de transferência de 
energia.
 NADH – Nicotinamina Adenina Dinucleotideo
 FADH2 – Flavina adenina Dinucleotideo
Objetivos
 Produzir energia química em forma 
de ATP, NADH (NAPH, FADH2) 
contida nos combustíveis para:
 Sintetizar moléculas complexas a partir 
de moléculas mais simples (exemplo: 
glicose  glicogênio)
 Realizar um trabalho (exemplo: 
contração muscular)
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As vias 
metabólicas 
ocorrem em 
locais 
específicos
 Mitocôndria: ciclo do ácido cítrico, fosforilação oxidativa, 
oxidação de AGs, degradação de aa.
 Citosol: glicólise, via das pentoses-fosfato, gliconeogênese, 
biossíntese de AG
 Lisossomo: digestão enzimática
 Núcleo: replicação e transcrição do DNA, processamento do RNA
 RE:
 Rugoso – Síntese de ptn transmembrana,
 Liso – Biossíntese de fosfolipídios e esteroides
 Golgi: processamento pós-traducional de ptns sintetizadas no RE
 Peroxissomos: Reações de oxidação (aminoácido-oxidases e 
catalases
Catabolismo X Anabolismo
Catabolismo é a fase de 
degradação do metabolismo
em que moléculas orgânicas de 
nutrientes (carboidratos, gorduras e 
proteínas) são convertidos em moléculas 
menores e mais simples produtos (como 
o ácido láctico, CO2, NH3).
As vias Catabólicas liberam 
energia.
Parte dessa energia é aprisionada em:
•molécula de ATP 
•transportadores de elétrons 
(NADH, NADPH e FADH2), 
•restante é perdida como calor
O anabolismo é a fase de 
biossíntese de moléculas complexas 
(lipideos, polissacarídeos, proteínas, 
ácidos nucléicos) que são produzidas à 
partir de precursores simples 
As reações anabólicas exigem uma 
entrada de energia, geralmente sob 
a forma de :
• ligações fosfoanidrido do ATP 
•poder redutor do
NADH, NADPH e FADH2
Macromoléculas
•Proteínas
•Polissacarídeos
•Lipídeos
•Ácidos nucléicos
An
ab
ol
ism
o
Catabolism
o
Nutrientes
•Carboidratos
•Gorduras
•Proteínas
Energia 
química
Produtos 
finais
•CO2
•H2O
•NH3
Moléculas
Precurssoras
•Aminoácidos
•Açúcares
•Ácidos graxos
•Bases nitrogenadas
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Visão Geral dos Processos
PROTEÍNAS
AMINOÁCIDOS AÇUCARES SIMPLES
ÁCIDOS 
GRAXOS
GLICÓLISE
PIRUVATO
ACETIL CoA
CICLO DO ÁCIDO 
CÍTRICO
FOSFORILAÇÃO 
OXIDATIVA
CARBOIDRATOS LÍPIDEOS
1ª ETAPA
2ª ETAPA
3ª ETAPA
ATP
ATP
ATP
Molécula que 
armazena 
temporariamente 
energia em suas 
ligações
Este composto armazena, em suas ligações fosfato, parte da energia desprendida 
pelas reações exotérmicas (que liberam energia) e tem a capacidade de liberar, por 
hidrólise, essa energia armazenada para promover reações endotérmicas (que 
guardam energia).
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Como sistema 
ATP—ADP 
funciona 
Quantidade
de
Energia
Contida na 
molécula
P
fosfato
P
P
Ribose
Base
ADP
a
b
P
P
Ribose
Base
P
ATP
g
a
b
Quando o fosfato se liga ao ADP absorve 
grande quantidade de energia, que fica 
armazenada na forma de uma ligação de 
alta energia ( )
Quando a ligação é 
quebrada essa energia é 
liberada
Energia
A
B ADP + Pi
ATP
Reação endotérmica
(guardando energia)
Reação endotérmica
(guardando energia)
Reação exotérmica
(liberando energia)
Reação exotérmica
(liberando energia)
C
D
e
Calor
e
Calor
REAÇÕES ACOPLADAS
(Uma libera a outra guarda e vice versa)
Reação 
exotérmica
ATP em ação
Reação 
exotérmica
(liberando 
energia)
Reação 
exotérmica
(liberando 
energia)
Reação 
endotérmica
(guardando 
energia)
Reação 
endotérmica
(guardando 
energia)
Nas células é comum encontrarmos ADP e 
fosfato (Pi) que quando adicionamos energia se 
transformam em ATP
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ATP 
um carreador de 
grupamentos 
fosfato e de 
energia quimica
Via glicolítica
Fosforilação 
oxidativa
Biossínteses
Formação de gradientes (transporte)
Movimentação celular
Glicose
Piruvato
O2 + H+ + e-
H2O
ATP 
ADP + Pi
Fosforilações
Estrutura do Trifosfato de adenosina (ATP)
P
P
Ribose
Base
P
ATP
Pensando simples
Vias exergônicas
(oxidações)
Vias endergônicas
Fu
nç
õe
s d
o 
N
AD
 e
 d
o 
N
AD
P
NAD  oxidação de combustíveis
NADP  biossíntese
Via glicolítica
Ciclo de Krebs
Oxidação de 
ácidos graxos Cadeia de 
transporte de 
elétronsNAD+
NADH
O2
H2O
Biossíntes
e de 
lipídeos
Outras 
biossínteses
Via das 
pentoses
NADPH
NADP+
Glicose (C6)
Pentose (C5)
Vias Anabólicas
Vias Catabólicas
Outras vias 
oxidativas
Agente redutor = molécula doadora de elétrons
Agente oxidante = molécula receptora de elétrons
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NADH e NADPH 
transportadores solúveis de elétrons
No NADP este grupo hidroxila
é esterificado com fosfato
P
P
Ribose
Base
Base
P
Fórmula esquemática 
do NAD(P)+
+
NAD+
(NAD oxidado)
NADH
(NAD reduzido)
nicotinamida
adenina
Capacidade de se oxidar e se reduzir
A nicotinamida é o grupamento funcional
Incorpora um íon hidreto (H2-)
Ribose
Os nucleotídeos NAD+, NADP+, 
FMN e FAD são coenzimas 
hidrossolúveis que sofrem oxidações 
e reduções reversíveis em muitas 
das reações metabólicas de 
transferência de elétrons
Respiração
Processo de síntese 
de ATP que envolve 
a cadeia respiratória
Aeróbio
aceptor final de 
hidrogênios é o 
oxigênio
Anaeróbio
aceptor final de 
hidrogênio não é o 
oxigênio e sim outra 
substância (sulfato, 
nitrato)  fermentação
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MITOCÔNDRIACITOPLASMA
Glicose
(6 C) 
C6H12O6
Glicose
(6 C) 
C6H12O6
2 CO2
Ciclo 
de 
Krebs
4 CO2
2 ATP
H2
FASE ANAERÓBIA FASE AERÓBIA
6 H2O Saldo de 32 ou 34 ATPs
6 O2
Piruvato 
(3 C)Piruvato 
(3 C)
Saldo de 2 ATP
Respiração em 
Eucariontes
Respiração 
Aeróbia
 Utilizadas por procariontes, protistas, fungos, plantas e 
animais.
 Molécula principal: glicose.
 Etapas:
 Glicólise (não usa O2).
 Ciclo de Krebs
 Cadeia respiratória (usa O2)
 Obs.:
 Procariontes: glicólise e ciclo de Krebs ocorrem no 
citoplasma e a cadeia respiratória na membrana.
 Eucariontes: glicólise ocorre no citossol, e nas mitocôndrias o 
ciclo de Krebs (matriz) e a cadeia respiratória (cristas).
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Glicólise
 Função: quebra de moléculas de glicose e 
formação do piruvato.
 Local: citossol
 Procedimento:
 Glicose  2 piruvato: liberação de hidrogênio e energia.
 NAD NADH :energia usada na síntese de ATP.
 O piruvato formado entra na mitocôndria e 
segue para o ciclo de Krebs.
Investimento 
energético
Cada ATP doa 1 
P para a glicose
Glicose fica 
instável e quer 
“explodir”
Molecula quebra 
e libera elétrons 
que são 
capturados pelo 
NAD
Mais 2 P são 
add
Os P são 
liberados e 
formam-se 4 
atp
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P ~ 6 C ~ P
3 C Piruvato 3 C Piruvato
Glicose (6C) 
C6H12O6
Glicose (6C) 
C6H12O6
ADP
ATP
ADP
ATP
1. Duas moléculas de ATP são
utilizadas para ativar uma
molécula de glicose e iniciar a
reação.
3 C ~ P 3 C ~ P
2. A molécula de glicose ativada
pelo ATP divide-se em duas
moléculas de três carbonos. 
PiPi NAD
P ~ 3 C ~ P
NADHNADH
NAD
P ~ 3 C ~ P
NADHNADH
3. Incorporação de fosfato 
inorgânico e formação de NADH.
P ~ 3 C
ADP
ATPATP
P ~ 3 C
ADP
ATPATP
4. Duas moléculas de ATP são
liberadas recuperando as
duas utilizadas no início.
ADP
ATPATP
ADP
ATPATP
5. Liberação de duas moléculas de
ATP e formação de piruvato.
Glicólise
Ciclo de Krebs
 Nomes: ciclo do ácido cítrico ou ácido tricarboxílico.
 Mentor: Hans Adolf Krebs, 1953)
 Local: matriz mitocondrial
 Procedimento:
 Piruvato acetil : liberação de CO2 e H.
 Acetil Acetil-coenzima A (acetil-CoA) : entra no ciclo de 
Krebs.
 Ciclo de Krebs: liberação de CO2, ATP, NADH, FADH2
 Obs.: todo o gás carbônico liberado na respiração provém 
da formação do acetil e do ciclo de Krebs.
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Fermentação
 Processo anaeróbio de síntese de ATP que ocorre na ausência de 
O2(solos profundos e regiões com teor de O2 quase zero) e que 
não envolve a cadeia respiratória.
 Aceptor final: composto orgânico.
 Seres Anaeróbios:
 ESTRITOS: só realiza um dos processos anaeróbios(fermentação 
ou respiração anaeróbia) 
Ex.: Clostridium tetani
 FACULTATIVAS: realizam fermentação ou respiração aeróbia.
Ex.: Sacharomyces cerevisiae
 Procedimento:
 Glicose degradada em substâncias orgânicas mais simples como 
: ácido lático (fermentação lática) e álcool etílico (fermentação 
alcoólica)
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Fermentação 
Lática
 O piruvato é transformado em ácido lático.
 Realizada por bactérias, fungos protozoários e 
por algumas células do tecido muscular humano.
 Exemplos:
 Cãibra: fermentação devido à insuficiência de O2
 Azedamento do leite.
 Produção de conservas.
Glicólise
Glicose (6 C) 
C6H12O6
Glicose (6 C) 
C6H12O6
ATPATP
ATPATP
Piruvato (3 C)Piruvato (3 C)
Piruvato (3 C)Piruvato (3 C)
NADH
NADH
Ácido 
lático 3 C
Ácido 
lático 3 C
NAD
Ácido 
lático 3 C
Ácido 
lático 3 C
NAD
Fermentação Lática
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Glicose  ácido lático + 2 ATPGlicose  ácido lático + 2 ATP
Fermentação Lática
Glicose  álcool etílico + CO2 + 2 ATPGlicose  álcool etílico + CO2 + 2 ATP
Fermentação Alcoólica
Glicose  ácido acético + CO2 + 2 ATPGlicose  ácido acético + CO2 + 2 ATP
Fermentação Acética
Glicose + O2 CO2 + H2O + 36 ou 38 ATPGlicose + O2 CO2 + H2O + 36 ou 38 ATP
Respiração aeróbica
Resumo dos Tipos 
metabolismo da 
glicose
Mais eficiente!!!
Perguntas
 Qual a diferença de anabolismo e metabolismo?
 Como o ATP armazena energia em sua molécula?
 Qual a diferença entre respiração anaeróbia e aeróbia?
 O que é glicólise?
 Qual a importância do NAD na glicólise?
 O que é respiração e Qual o tipo mais eficiente?
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Oxidação dos AA e ciclo 
da Uréia
AA e energia
Os aminoácidos são a última classe de moléculas que pela sua
degradação oxidativa dão uma contribuição significativa para a 
produção de energia metabólica.
A fração da energia metabólica obtida dos aminoácidos , sendo
derivados a partir de proteínas na dieta ou de protéinas dos 
tecidos, varia muito com o tipo de organismo e das suas
condições metabólicas.
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Em animais, os 
aminoácidos 
sofrem 
degradação 
oxidativa nas 
três diferentes 
condições 
metabólicas:
1. Durante a síntese e degradação do proteínas celulares 
(turnover protéico), alguns aminoácidos que são 
liberados a partir de proteínas e não são necessários 
para nova proteína
2. Quando a dieta é rica em proteínas e os aminoácidos 
ingeridos excedem as necessidades do corpo para a 
síntese proteína, o excesso é catabolizado; 
(aminoácidos não podem ser armazenados).
3. Durante a fome ou a diabetes mellitus não controlada,
quando os carboidratos estão indisponíveis ou
não utilizado corretamente, as proteínas celulares são 
usadas como combustível.
Utilização
• Podem ser utilizados para síntese de
proteínas.
 Caso não sejam usados para esse
objetivo, devem ser degradados.
 Nos animais, proteínas e
aminoácidos não são armazenados
como fonte de energia em
semelhança ao que ocorre com os
glicídeos e os lípideos.
 Uma parte importante da
degradação de aminoácidos ocorre
no fígado.
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Formas de excreção do N ao longo da 
filogenia
Amoniotélicos:
a maioria dos 
vertebrados aquáticos, 
como peixes ósseos e 
as larvas de anfíbios
Ureotélicos
a maioria dos 
vertebrados terrestre
e também tubarões
Uricotélicos
aves, répteis
N
+
H
H
H H
amônio
N N
O
H
H
H
H
uréia
NN
NN
O
O
O
H
H
H
H
ác. úrico
Fazemos 
xixi com 
URÉIA!
Nos seres humanos, o ácido úrico é 
proveniente do metabolismo de 
purinas
Catabolismo
• Desaminação: 
 O aminoácido perde o seu grupo amino e os α-cetoácidos formados
podem sofrer oxidação até CO2 e H2O.
 Metabolismo do esqueleto de Carbono:
 Normalmente fornecem unidades de três a quatro átomos de
carbono que são convertidas em glicose.
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Metabolismo 
esqueleto de aa 
- Desaminação
remoção do nitrogênio a partir de 
aminoácidos acarreta a formação 
de seus respectivos análogos a-
cetoácidos + Amônia
Intermediários da via 
glicólise/ciclo de Krebs na 
oxidação de glicose
Amônia  usada em reações 
de síntese ou convertida em 
uréia no fígado
Catabolismo de 
aa – ciclo 
glicose-alanina
Ciclo transporta amina do musculo 
para o fígado para transformar em 
uréia e fornece ao musculo glicose 
sintetizada pelo fígado a partir de 
alanina 
A alanina funciona como 
transportador da amônia e do 
esqueleto carbônico do piruvato
desde o músculo até o fígado. 
Proveniente 
da oxidação 
da glicose
Ciclo é 
importante 
fonte de 
glicose na 
falta de CHO
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Ca
ta
bo
lis
m
o 
do
s g
ru
pa
m
en
to
s 
am
in
o
N
+
H
H
H H
N
+
O
O
H
R
H
H
H
aminoácido
O
O
O
O
O N+
H
H
H
O
O
O
O
a-cetoglutarato glutamato
O
O
R
O
a-cetoácido
Íon amônio
N
H
H
N
+
H
H
H
O
O
O glutamina
Proteínas 
IntracelularesProteínas 
da dieta
N
+
H
H
H
O
O
alanina
O
OO
piruvato
Músculo
Músculo e
outros tecidos
Uréia ou 
ác. úrico
Fígado
a-cetoglutaratotransaminação
Deaminação 
oxidativa