Introdução à Bioenergética

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BIOENERGÉTICA
Introdução à transferência de energia
PROFª DRA. JULIANA DE GOES JORGE
BIOLOGIA MOLECULAR
 Diz respeito à base molecular da atividade biológica entre biomoléculas
nos vários sistemas de uma célula, incluindo as interações entre DNA,
RNA, proteínas e sua biossíntese, bem como a regulação dessas
interações.
TIPOS DE CÉLULA
Procariontes
• Não possui núcleo;
• Citoplasma: Citosol - Água e
Substâncias (80%); moléculas de
DNA (nucleóide) e Ribossosmos
(síntese de proteínas);
• Bactérias e cianobactéricas
Eucariontes 
• Possui núcleo;
• Citoplasma: Citosol; Organelas
citoplasmáticas e citoesqueleto.
• Protozoários, Fungos, Vegetais e
ANIMAIS.
TIPOS DE CÉLULA
Procariontes Eucariontes 
SURGIMENTO DAS CÉLULAS EUCARIONTES
 Hipótese da Endossimbiose
MEMBRANA CELULAR
 Membrana plasmática:
 Envolve a célula, define seus limites
e mantém as diferenças essenciais
entre o citosol e o meio
extracelular.
 Membrana intracelular (organelas).
MEMBRANA CELULAR
 Funções da membrana celular:
 Manter a integridade da célula;
 Fronteira entre os meios intra e extracelular;
 Barreira seletiva;
 Sinal químico ou ligante.
 Estrutura da membrana celular:
 As membranas biológicas possuem estrutura geral em comum: Filme de moléculas de lipídios e de 
proteínas.
MEMBRANA CELULAR
COMPOSIÇÃO DAS MEMBRANAS
Proteínas
Integrais (transmembranas)
Periféricas: Externa (receptor) e interna (enzima).
Lipídeos
Glicolipídeos
Colesterol
Fosfolipídeos
Fosfatidilcolina
Fosfatidiletanolamina
Fosfatidilserina
Esfingomielina
Carboidratos
PERMEABILIDADE SELETIVA
TRANSPORTE ATRAVÉS DA MEMBRANA
TRANSPORTES
Passivo Ativo Quantidade
MEMBRANA PLASMÁTICA
NÃO GASTA 
ENERGIA
GASTA 
ENERGIA
GRANDES
MOLÉCULAS
TRANSPORTE ATRAVÉS DA MEMBRANA
Passivo 
• Não envolve gasto 
energético
• A favor de um gradiente 
de concentração
Ativo 
• Envolve gasto 
energético
• Contra um gradiente de 
concentração
TRANSPORTE ATRAVÉS DA MEMBRANA
 Difusão simples:
 A passagem acontece de forma
direta, do meio mais concentrado
para o menos concentrado, até
alcançar o equilíbrio.
TRANSPORTE ATRAVÉS DA MEMBRANA
 Difusão simples:
TRANSPORTE ATRAVÉS DA MEMBRANA
 Difusão facilitada:
 A entrada se dará através de
moléculas carreadoras ou canais
iônicos.
 Transporte sem gasto de energia,
porém mais rápido.
TRANSPORTE ATRAVÉS DA MEMBRANA
 Difusão facilitada:
TRANSPORTE ATRAVÉS DA MEMBRANA
 Osmose:
 É a passagem do líquido de um
meio menos concentrado
(hipotônico) para um meio mais
concentrado (hipertônico).
TRANSPORTE ATRAVÉS DA MEMBRANA
 Osmose:
TRANSPORTE ATRAVÉS DA MEMBRANA
 Transporte Ativo:
 Ocorre com gasto energético (ATP)
– CONTRA um gradiente de
concentração.
 Também mediado por proteínas
transportadoras.
CÉLULAS EUCARIONTES
 Citosol (hialoplasma): material gelatinoso rico em água e substâncias que contém as
organelas celulares e o citoesqueleto. É no citosol que ocorre a maioria das reações
metabólicas da célula;
 Citoesqueleto (presente somente em células eucarióticas);
 Organelas celulares (presente somente em células eucarióticas, com exceção dos
ribossomos);
CÉLULAS EUCARIONTES
 Citoesqueleto:
 Define a forma e organiza a estrutura interna da célula.
 Possibilita o deslocamento de materiais no interior da 
célula.
 Movimento Ciclose: Movimento contínuo das organelas dentro 
da célula.
 Movimento Amebóide: Formação de pseudópodes (Falsos pés).
Membrana plasmática
Citoplasma
RibossomoComplexo 
de 
Golgi
Mitocôndria
Lisossomo
Centríolo
Retículo endoplasmático rugoso
Retículo endoplasmático liso
Cromatina
Membrana nuclear ou carioteca
Nucléolo
Peroxissomo
CÉLULA
EUCARIONTE
MITOCÔNDRIAS
MITOCÔNDRIAS
 As mitocôndrias se dividem em duas, duplicando primeiro o seu DNA. 
DNA
MITOCÔNDRIAS
 Localização:
 Músculo Estriado Esquelético  Tecido Adiposo
MITOCÔNDRIAS
 Localização:
 Neurônios (muitas mitocôndrias)
 No tecido nervoso as mitocôndrias
fornecem ATP para sintetizar nova
substância transmissora durante a sinapse.
MITOCÔNDRIAS
 Principal função:
 É nas mitocôndrias onde ocorre uma das etapas da produção energética pela via glicolítica 
aeróbica: cadeia respiratória ou cadeia transportadora de elétrons.
FORMAÇÃO DE 
MUITA ENERGIA!!
ATP
MITOCÔNDRIAS
 Principal função:
 É nas mitocôndrias onde ocorre uma das etapas da produção energética pela via glicolítica 
aeróbica: cadeia respiratória ou cadeia transportadora de elétrons.
– Reações enzimáticas;
– Mecanismo de transporte ativo;
– Biossíntese de biomoléculas;
– Transmissão de impulso nervoso;
– Mobilidade celular;
– Contração muscular.
ENERGIA - Conceito
 Capacidade de realizar trabalho;
 Não é possível definir em termos concretos (tamanho, formato ou massa);
 Estado dinâmico;
 Relacionado à mudança;
 Transferência de energia = mudança.
Trabalho= Força X Deslocamento
Trabalho Biológico
1ª LEI DA TERMODINÂMICA 
Lei da conservação da energia
“Na natureza, nada se 
perde, nada se cria, tudo 
se transforma.”
Lavoisier
"A energia não pode ser 
criada, não pode ser 
destruída.“
James Prescott
1ª Lei da Termodinâmica:
“O corpo não produz, não consome,
nem utiliza energia. Pelo contrário, a energia
é modificada de uma forma para outra à medida que o 
sistema fisiológico sofre uma transformação contínua.”
1ª LEI DA TERMODINÂMICA 
Lei da conservação da energia
Energia Química Energia Mecânica Energia Térmica
LEIS DA TERMODINÂMICA
Energia Potencial
 É a capacidade que determinada matéria possui de se
converter em outros tipos de energia;
 Até a sua utilização, sua capacidade é estática e
prevista;
 Ex.: Energia armazenada em um macronutriente
durante o metabolismo.
Energia Cinética
 É a energia que foi convertida a partir de uma
energia potencial;
 É dinâmica e reflete a realidade;
 No corpo humano é este tipo de energia que
permite todo o funcionamento fisiológico
(biossíntese).
BIOSSÍNTESE
Energia cinética
Energia potencial
LEIS DA TERMODINÂMICA
Energia 
Potencial
Energia 
Cinética
Energia 
total de 
um 
sistema
2ª LEI DA TERMODINÂMICA
 Entropia= capacidade de gerar trabalho (transformar energia);
 A energia potencial sempre irá degradar-se;
 A degradação pode ocorrer de forma lenta ou rápida a depender do trabalho
realizado.
2ª Lei da Termodinâmica:
“É a tendência da energia potencial degradar-se em 
energia cinética, gerando assim uma menor capacidade 
de gerar trabalho (menor entropia).”
2ª LEI DA TERMODINÂMICA
Energia Química
Energia Mecânica
Energia Térmica Redução da capacidade 
de gerar trabalho
TRANSFORMAÇÃO DE ENERGIA
Processos 
Exergônicos
Processo físico ou químico que resulta na liberação de energia para o meio 
ambiente
Redução da energia livre no sistema (corpo) para realizar trabalho
Ex.: energia térmica liberada para o ambiente após o exercício
Processos 
Endergônicos
Processos químicos que armazenam ou absorvem energia
Aumento da energia livre para realizar trabalho
Ex.: energia química dos macronutrientes transformada em mecânica pelos 
músculos 
FORMAS DE ENERGIA
Química Mecânica Térmica
Luminosa Elétrica Nuclear
RESPIRAÇÃO 
CELULAR
FORMAS DE ENERGIA
TRABALHO BIOLÓGICO NOS SERES HUMANOS
Trabalho mecânico
• Contração muscular;
• Fibras musculares transformam energia química em mecânica;
• Estruturascontráteis no núcleo das células (divisão celular);
• Cílios e células ciliadas;
• Geração do movimento;
TRABALHO BIOLÓGICO NOS SERES HUMANOS
Trabalho químico
• Células – manutenção e crescimento;
• Síntese e degradação de componentes celulares ocorrem de forma contínua;
• Ex.: síntese de tecido muscular que ocorre em resposta a uma sobrecarga
crônica no treinamento de resistência.
TRABALHO BIOLÓGICO NOS SERES HUMANOS
Trabalho de transporte
• Concentrar substâncias no organismo;
• Transporte ativo = requer energia;
• Ex.: secreção e reabsorção nos túbulos renais
FATORES QUE AFETAM O RITMO DA BIOENERGÉTICA
 A manutenção e o limite da intensidade do exercício dependem de:
1. Ritmo com que as células extraem energia;
2. Conservação da energia;
3. Transferência da energia. Energia 
química
Energia 
mecânica
Quanto maior a intensidade do exercício = maior a transferência de energia
Quanto menor a intensidade do exercício = maior será a conservação 
energética
Processos 
químicos
Ritmo de 
liberação de 
energia
Enzimas e 
Coenzimas
FATORES QUE AFETAM O RITMO DA BIOENERGÉTICA
possuem um
que depende da atuação das 
ENZIMAS
 Catalisador biológico; 
 Proteico; 
 Altamente específico; 
 Acelera os ritmos (anterógrado e reverso) das reações químicas;
 Não é consumida nem modificada durante a reação;
 Reduz a energia de ativação necessária para a reação ocorrer. 
CURIOSIDADE: 
Digestão sem a ação de enzimas poderia 
durar 50 anos!
ENZIMAS
 Designadas com base na função; 
 Identificação é feita através do sufixo “ase”:
 Ex: Hidrolase, protease, fosforilase, Atpase, etc
 Ação é dependente da temperatura e pH;
 Durante o exercício, o ritmo de ação enzimática aumenta devido ao aumento da demanda 
energética
REAÇÃO CATALISADA POR ENZIMAS
1ª Etapa
• Enzima-
substrato
2ª Etapa
• Enzima-
intermediário
3ª Etapa
• Enzima-
produto
AÇÃO DAS ENZIMAS
 Atuam em um substrato específico;
 Mecanismo chave- fechadura:
COENZIMAS
 Substâncias orgânicas complexas;
 Não-proteicas;
 Facilitam a ação enzimática unindo o substrato à sua enzima específica;
 Algumas enzimas permanecem “adormecidas” se não forem “acordadas” pelas
coenzimas para catalisarem a reação química;
 Ex.: Ferro, zinco, vitaminas do complexo B.
COENZIMAS
Suplementos vitamínicos ao serem 
ingeridos proporcionam uma energia 
potencial imediata para realização de 
exercícios?
NÃO
Suplementos vitamínicos contém 
coenzimas que permitem o 
prosseguimento das reações, mas 
não contém energia química para 
realização de trabalho biológico!
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA
 Substâncias podem inibir a atividade enzimática;
 Torna mais lento o ritmo de uma reação;
 Inibidores competitivos
 Estrutura muito semelhante à do substrato normal
 Unem-se ao local ativo da enzima como se fosse o substrato
 Inibidores não-competitivos
 Fixam-se em uma área diferente do local ativo da enzima e mudam a estrutura;
 Com o inibidor acoplado, não há como ligar-se ao substrato.
FONTE DE ENERGIA
FONTE DE ENERGIA
FONTES DE ENERGIA
Macronutrientes
• Reações 
químicas geram 
Energia potencial
• Para a 
realização de 
Trabalho
Hidrólise
Oxidação
Redução
HIDRÓLISE
 Hidro= água + lise= quebra;“quebra através da água”;
 Reação química que cataboliza (quebra) moléculas orgânicas complexas
(carboidratos, lipídios, proteínas) em formas mais simples que o corpo consegue
absorver e assimilar facilmente;
 Desfaz ligações químicas por acrescentar H+ e OH- (componentes da água)
AB + HOH A-H+ B-OH
HIDRÓLISE
CONDENSAÇÃO
 Reação inversa à hidrólise; 
 Molécula de água é formada;
 Processo anabólico;
 Reação para formação de compostos e substâncias mais complexas;
CONDENSAÇÃO
REAÇÕES DE OXIDAÇÃO E REDUÇÃO
Oxidação 
 Reações que transferem átomos de
oxigênio, hidrogênio ou elétrons;
 Perda de elétrons
 Aumento da valência (mais positivo)
Redução
 Reação onde átomos de um elemento
ganham elétrons ;
 Redução da valência (mais negativo)
REAÇÕES DE OXIDAÇÃO E REDUÇÃO
• Substância que doa/perde elétrons ao ser oxidadaAgente redutor
• Substância que ganha/aceita elétronsAgente oxidante
• Quando ocorre oxidação, ocorre redução
• Quando uma substância perde elétrons, outra ganha elétronsReação redox
OXIDAÇÃO
Substância Produto
Doa elétrons
Agente 
Redutor
REDUÇÃO
Substância Produto
Recebe elétrons
Agente 
Oxidante
REAÇÃO DE OXIDAÇÃO E REDUÇÃO
RESUMINDO...
 Energia
 Leis da Termodinâmica
 Energia cinética x energia potencial
 Formas de energia
 Trabalho biológico nos seres humanos
 Papel das enzimas e coenzimas
 Reações químicas (hidrólise, condensação, oxidação e redução)
 julianagoesfisio@yahoo.com.br