2019 METABOLISMO e BIOENERGÉTICA

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Bioenergética 
e e 
Metabolismo
Na célula milhares de compostos são sintetizados e 
degradados simultaneamente.
METABOLISMO é o conjunto de todas as reações 
envolvidas na manutenção deste estado dinâmico.
Metabolismo
Dois caminhos:
Catabolismo: moléculas complexas são quebradas
para gerar energia.
Anabolismo: síntese de moléculas complexas a 
partir de moléculas mais simples
Metabolismo
Funções:
 Obtenção de energia
 por energia solar capturada (Fotossíntese)
 degradação de nutrientes ricos em energia  degradação de nutrientes ricos em energia 
(quimiossíntese)
 Conversão de moléculas dos nutrientes em
moléculas da própria célula.
 Síntese e degradação de biomoléculas
Classificação dos Organismos vivos segundo a sua 
fonte de energia
 Autotróficos – produtores
(Ex. Bactérias fotossintetizantes e 
plantas)
 Fonte C = CO2
 Fonte de energia = luz solar
 Cianobactérias – N2 atmosférico
para gerar compostos nitrogenadospara gerar compostos nitrogenados
 Heterotróficos – consumidores
[animais ( invertebrados, vertebrados, aves, 
mamíferos, inclusive o homem ) e a maioria dos 
micro- organismos]
 Fonte de C – moléculas orgânicas
complexas
 Fontes de energia e N2 = nutrientes
Fluxo energético e de compostos
Reciclagem de CO2 e O2
na biosfera.
Fluxo de massa- ~ 4x1011 
ton/ano de C são 
recicladas na biosfera.
Fluxo energético e de compostos
N2
atmosférico
Bactérias 
desnitrificantes
Bactérias 
fixadoras 
de 
nitrogênio
Amônia
Reciclagem de N2 na biosfera.
Bactérias 
nitrificantesAnimais
Nitratos,
nitritos
Aminoácidos
Plantas
“ Embora o metabolismo englobe centenas de
reações catalisadas enzimaticamente, as vias
Vias do Metabolismo
Metabolismo: soma de todas as transformações
químicas que ocorrem em uma célula ou em 
um organismo vivo.
“ Embora o metabolismo englobe centenas de
reações catalisadas enzimaticamente, as vias
metabólicas centrais são em pequeno número e
notavelmente similares em todas as formas de
vida”.
Uma via metabólica compreende uma série de reações, em 
que o produto de uma reação se torna o substrato da próxima.
Vias do Metabolismo
Anabolismo:
Via Biossintética
Utilização de energia
Catabolismo: 
 Via degradativa
Moléculas orgânicas 
Macromoléculas 
Celulares
Proteínas
Polissacarídios
Lipídios
Ácidos nucleicos
Nutrientes 
liberadores 
de energia
Carboidratos
Gorduras
Proteínas
Utilização de energia
na forma de trabalho
Síntese de 
biomoléculas
 Endergônica
Moléculas orgânicas 
complexas são
degradadas em outras
mais simples. 
Exergônica
Moléculas 
Precursoras
Aminoácidos
Açúcares
Ácidos graxos
Bases 
nitrogenadas
Produtos 
finais pobres 
em energia
CO2
H2O
NH3
Anabolismo Catabolismo
Energia 
química
Para converter biomoléculas em
energia,o organismo usa vias
diferentes para cada tipo de
biomolécula. As vias metabólicas
diferentes convergem para uma
via catabólica comum.
Vias do Metabolismo
via catabólica
comum. 
Mitocondrias e sua função no metabolismo
Via catabólica comum – ocorre nas mitocondrias 
Estudo quantitativo das relações e conversões 
de energia que ocorrem em sistemas biológicos.
Bioenergética
O que os organismos vivos fazem com a energia 
química?
Trabalho mecânico
 contração muscular 
 movimento
Trabalho de transporte
 manter concentrações apropriadas de substâncias 
químicas dentro da célula.
 Biossíntese
 construir grandes biomoléculas
Transferência e utilização da energia nos sistemas
biológicos
 Leis fundamentais da termodinâmica (conjunto de 
princípios que regem a absorção e as transformações da energia nos sistemas)
Bioenergética
 1a. Lei - Conservação energia
 2a. Lei – Entropia
1a. Lei da Termodinâmica - Conservação energia
Bioenergética
Em termodinâmica, um sistema é definido como a parte do universo que é de 
interesse, como um recipiente de reação ou um organismo; o resto do universo 
é conhecido como meio.
A primeira lei da Termodinâmica afirma que a energia é conservada. Por exemplo, 
se um sistema passa por uma mudança, a variação da energia do sistema (DU) é 
Definida como a diferença entre o calor (q) absorvido do meio pelo sistema e o 
trabalho (w) realizado pelo sistema no meio - DU = Ufinal – Uinicial = q-w
1a. Lei da Termodinâmica - Conservação energia
Os processos de geração de 
energia e fontes de energia 
envolvem conversão de energia de 
uma forma para outra. 
Exemplos:
Hidrelétrica : gravitacional 
elétrica
Solar : ótica  elétrica
Bateria : química  elétrica
Alimentação: química cinética
Fotossíntese: ótica  química
Ex. Conversão de gasolina
em energia para alimentar um
automóvel. Cerca de 20% da
energia é transformada em
trabalho (movimento) do
veículo, enquanto 80% é
perdida para as vizinhanças
na forma de calor.
Seres vivos usam energia
para realização de trabalho
mecânico, químico, osmótico
ou elétrico e para a
manutenção de sua
organização, reprodução e
Primeira lei: princípio da conservação da Energia 
Bioenergética
Oxigênio Oxigênio 
Energia Energia 
solarsolar
organização, reprodução e
interação com o meio
Células vivas se comportam como transdutores de energia – convertem
energia química em outro tipo necessário
Gás Gás 
carbônico carbônico 
(CO2)(CO2)
Oxigênio Oxigênio 
(O(O22))
Água e sais Água e sais 
mineraisminerais
2a. Lei da Termodinâmica – aumento da Entropia (S) 
De acordo com a segunda lei da termodinâmica processos espontâneos
(processos que ocorrem sem o aporte adicional de energia de fora do 
sistema) são caracterizados pela conversão da ordem em desordem.
Assim, um sistema é espontâneo se o CAOS do sistema aumentar.
Bioenergética
Expressão se aplica
águagelo
ordem desordem
DS  q/T
Expressão se aplica
às condições de
temperatura constante
dos sistemas biológicos
Portanto, a variação da
Entropia em um processo
pode ser experimentalmente
determinada a partir de
medições de calor.
Organismos vivos preservam sua organização interna retirando
energia livre do ambiente e retornando à sua vizinhança
energia na forma calor. Aumento do número de moléculas
A desorganização ou entropia do universo aumenta
Bioenergética
A desorganização ou entropia do universo aumenta
Energia Livre
 O verdadeiro critério para a espontaneidade é a energia livre de 
Gibbs que relaciona a variação da entalpia e da entropia à 
temperatura e pressão constantes.
 DG = energia liberada ou absorvida quando uma substância química é 
convertida em outra.
 Nos sistemas biológicos (temperatura e pressão constantes) as 
mudanças na energia livre (G) provocam alteração na entalpia (H) e 
DG = DH - T DS
 Entalpia (DH)= calor
 Entropia (DS) = desorganização
Energia capaz de realizar trabalho
mudanças na energia livre (G) provocam alteração na entalpia (H) e 
entropia (S), que estão relacionadas entre si pela equação:
∆G < 0 – reação é espontânea
Energia Livre
∆G = ∆H - T∆S
∆G < 0 – reação é espontânea
∆G = 0 – reação está no equilíbrio
∆G > 0 – reação não espontânea
Principais compostos da via metabólica comum
 A) Agentes de armazenamento de energia e transferência 
de grupos fosfato
Adenosina trifosfato – ATP
Adenosina difosfato -ADP 
Adenosina monofosfato -AMP
B) Agentes para a transferência de elétrons nas reações de B) Agentes para a transferência de elétrons nas reações de
oxidação-redução biológicas 
Nicotinamida adenina dinucleotídeo – NAD+
Flavina adenina dinucleotídeo – FAD
 C)Agente para a transferência de grupo acetila
Coenzima A ─ CoA
A) Agentes de armazenamento de energia e 
transferênciade grupos fosfato
Trifosfato de adenosina-ATPTrifosfato de adenosina (ATP)
desempenha papel chave no
armazenamento de energia
química em uma célula viva.
ATP libera grande quantidade
Adenosina = adenina + ribose
Trifosfato
OH
ATP libera grande quantidade
de energia química quando se
cliva em ADP mais fosfato.
Quando um organismo degrada
alimentos para obtenção de
energia, grande parte da
energia é armazenada pela
síntese de moléculas de ATP.
Ligação
fosfoéster
Ligações
fosfoanidrido
ATP
A estrutura do ATP indicando suas relações com ADP, AMP, e 
adenosina.
Adenosina
Importância do ATP
ATP ADP
+ Pi
+ + H2O
Conversões ATP-ADP : principal método de transferência de
energia.
+ Pi
Pi (Fosfato inorgânico)
ATP + H2O ADP + HPO4 + H
+2-
B)Agentes para a transferência de elétrons 
nas reações de oxidação-redução biológicas 
Nicotinamida adenina dinucleotídeo – NAD+
Flavina adenina dinucleotídeo – FAD
Organismos oxidam nutrientes (transferência de elétrons) e 
Reações biológicas de oxidação-redução
O fluxo de elétrons nas reações redox é
responsável direta ou indiretamente por todo o
trabalho feito pelos organismos vivos.
0
Organismos oxidam nutrientes (transferência de elétrons) e 
obtêm energia
Ex.
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O (-2.840 kJ/mol ou –686 kcal/mol) 
Oxidação biológica & produção de ATP
Na oxidação biológica
 Hidrogênio é transportado por coenzimas como 
NADH ou FADH2
 Substâncias são oxidadas em multi-etapas, de forma Substâncias são oxidadas em multi-etapas, de forma
que em cada etapa uma pequena porção da energia 
total é liberada.
 Essas etapas oxidativas ligadas à formação de ATP 
ocorrem na cadeia transportadora de elétrons 
localizada no interior da membrana mitocondrial.
Oxidação – perda de elétrons Redução- ganho de elétrons
Ex. Fe+++ + e- (espécie oxidada)  Fe++ (espécie reduzida)
De maneira mais geral, a oxidação de um composto orgânico é 
uma reação em que ocorre o aumento do conteúdo de 
qualquer elemento mais eletronegativo que o carbono:. 
Oxidação biológica 
No metabolismo, dois importantes transportadores de e- são: 
NAD+ e FAD. 
 
 Aumento do estado de oxidação do carbono 
H
CH H
H
H
CH OH
H
H
C
H
O
O
C
O
OH
C
H
O
NAD+ e NADH
NAD+, Nicotinamida
Adenina Dinucleotideo, é 
um aceptor de elétrons na
via catabólica. 
O anel nicotinamida, 
derivado da vitamina
niacina, aceita 2 e- e 1 H+
 H
C
NH2
O
CH2
H
N
H
H H
O
OP
O
O
+
nicotinamida 
Nicotinamida 
Adenina 
Dinucleotideo 
derivado da vitamina
niacina, aceita 2 e- e 1 H+
passando para o estado
reduzido, NADH.
NADP+/NADPH é similar, 
exceto por Pi. NADPH é 
doador de e- em vias
anabólicas (vias de 
síntese).
OH OH
HH
OH OH
H H
O
CH2
N
N
N
NH2
OP
O
O
NO adenina 
Esterificado por 
Pi in NADP
+ 
NAD+/NADH
N
H
C
NH2
O
N
C
NH2
O
H H
+
 2 e + H+2 + H+
A transferência de elétrons pode ser escrita como:
NAD+ + 2e- + 2H+  NADH + H+
 
R R
NAD+ NADH
FAD/FADH2
C
C
C
H
C
C
H
C
N
C
C
N
N
C
NH
C
H3C
H3C
O
O
CH2
HC
HC
OH
OH
Adenine
C
C
C
H
C
C
H
C
N
C
C
H
N
N
H
C
NH
C
H3C
H3C
O
O
CH2
HC
HC
OH
OH
Adenine
FAD FADH2 
2 e + 2 H+ 
dimethylisoalloxazine 
I
I
FAD (Flavina Adenina Dinucleotideo), derivada da vitamina
riboflavina (Vitamina B) , funciona como um aceptor de elétrons.
O anel dimetilisoaloxazina sofre oxidação-redução. 
FAD aceita 2 e- + 2 H+ indo para o estado reduzido:
FAD + 2 e- + 2 H+  FADH2
 
HC
H2C
OH
O P O P O
O
O-
O
O-
Ribose
Adenine
HC
H2C
OH
O P O P O
O
O-
O
O-
Ribose
Adenine
FAD FADH2 
NAD+ é uma coenzima, que se liga de forma 
reversivel a enzimas.
FAD é um grupo prostético, que permanece
firmemente ligado ao sítio ativo de uma enzima
NAD+ & FAD 
FAD é um grupo prostético, que permanece
firmemente ligado ao sítio ativo de uma enzima
Acetil-CoA
 
CH
CH2
C
NH
CH2
CH2
SH
O
-mercaptoetilamina 
pantotenato 
 C)Agente para a transferência de grupo acetila
N
N N
N
NH2
O
OHO
HH
H
CH2
H
OPOPOH2C
O
O O
O
P
O
OO
C
C
C
NH
CH2
CH3H3C
HHO
O
pantotenato 
ADP-3'-fosfato 
Coenzima A