Bioquímica - Aula 2 - Processos fermentativos definição, classificação e importância - com voz

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MSc Fábio Cáuper
PROCESSOS FERMENTATIVOS: DEFINIÇÃO, CLASSIFICAÇÃO E IMPORTÂNCIA
Bioquímica Estrutural
Visão Geral do Metabolismo Energético
Oxidação e redução. O único átomo de carbono do metano pode ser convertido em um átomo de dióxido de carbono pela substituição sucessiva de seus hidrogênios, que estão ligados covalentemente por átomos de oxigênio. Em cada etapa, os elétrons são removidos do carbono (indicado pelo sombreamento em azul), e o átomo de carbono torna-se progressivamente mais oxidado. Nas condições presentes no interior das células, cada uma dessas etapas é energeticamente favorável.
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Visão Geral do Metabolismo Energético
A oxidação e a redução estão acopladas. Em uma reação redox, o reagente A é oxidado e o reagente B é reduzido. Nesse processo, A perde elétrons e B ganha elétrons. 
Os prótons podem ser transferidos junto com elétrons, assim o que realmente transfere-se (seta azul larga) são átomos de hidrogênio: AH2 + B → A + BH2+
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Geralmente, as reações catabólicas realizam a oxidação exergônica das moléculas nutrientes. A energia livre liberada é utilizada para executar processos endergônicos como as reações anabólicas, o trabalho mecânico e o transporte ativo de moléculas em direção contrária a gradientes de concentração. 
Visão Geral do Metabolismo Energético
Acoplamento de uma reação exergônica a uma reação endergônica.
Fotossíntese. Os dois estágios da fotossíntese. Os carregadores de energia formados no primeiro estágio são duas moléculas que serão discutidas brevemente, ATP e NEDPH.
Visão Geral do Metabolismo Energético
Diferentes organismos usam diferentes estratégias para capturar energia livre do seu ambiente e podem ser classificados conforme sua necessidade de oxigênio.
A nutrição em mamíferos envolve o consumo de macronutrientes (proteínas, carboidratos e lipídeos) e micronutrientes (vitaminas e minerais). 
Uma via metabólica consiste em uma série de reações catalisadas por enzimas e, às vezes, pode estar localizada em partes especificas da célula.
O fluxo de moléculas em uma via metabólica varia de acordo com a atividade de enzimas que catalisam reações irreversíveis. 
Essas enzimas são reguladas por mecanismos alostéricos, modificações covalentes, ciclos de substrato e mudanças na expressão gênica.
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As vias metabólicas consistem em uma série de reações enzimáticas conectadas e que produzem produtos específicos.
Muitas vias metabólicas são ramificadas e interligadas, e a delimitação de uma via especifica em uma rede de milhares de reações é arbitrária, com base tanto na tradição quanto na lógica química.
As vias metabólicas do catabolismo de um grande número de substancias diferentes (carboidratos, lipídeos e proteínas) convergem para alguns poucos intermediários
Visão Geral do Metabolismo Energético
Metabólitos
Reagentes, os intermediários e os produtos
Visão Geral do Metabolismo Energético
Nas vias degradativas, os principais nutrientes, denominados metabolitos complexos, são degradados exergonicamente em produtos mais simples.
carboidratos, lipídeos e proteínas
A energia livre liberada no processo degradativo é conservada pela síntese de:
ATP a partir de ADP + Pi 
ou pela redução da coenzima NADP+ a NADPH. 
O ATP e o NADPH são as principais fontes de energia para as reações biossintéticas. 
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NAD
Imagem: NEUROtiker / Public Domain
FAD
Imagem: NEUROtiker / Public Domain
Visão Geral do Metabolismo Energético
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NAD é um transportador de energia em reações redox. Graças a sua capacidade de transportar energia livre e elétrons, NAD consiste no principal transportador de energia em reações redox e um intermediário energético universal em células. 
Cada seta preta curvada representa ou uma reação de oxidação ou uma reação de redução. A seta azul larga mostra o trecho de transferência de elétrons.
NAD+ é a forma oxidada e NADH a forma reduzida. A porção não sombreada da molécula permanece inalterada pela reação redox.
Visão Geral do Metabolismo Energético
Visão Geral do Metabolismo Energético
1 – Gliconeogênese
2 – Glicogenólise
3 – Glicólise
4 – Gliconeogênese
5 – Consumo de acetil-CoA no ciclo de Krebs
6 – Oxidação de ácidos graxos
7 – Síntese de ácidos graxos
8 – Consumo de piruvato na FERMENTAÇÃO
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Glicose
Glicogênio
Piruvato
Acetil-Coa
Ácidos Graxos
Ciclo de Krebs
1
2
7
6
5
3
4
Fermentação
8
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Glicólise
É a seqüência metabólica de várias reações enzimáticas, na qual a glicose é oxidada produzindo:
glicose + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi
2 NADH + 2 ácido pirúvico + 2 ATP + 2 H2O 
2 moléculas de Ácido Pirúvico
2 moléculas de ATP
2 equivalentes reduzidos de NAD+, que serão introduzidos na cadeia respiratória ou na fermentação.
Ciclo de Krebs
Continuação da quebra da molécula glicose com descarboxilação e desidrogenação.
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A. Produção de coenzimas reduzidas, ATP e CO2 no ciclo do ácido cítrico. B. Inibidores e ativadores do ciclo.
PRODUTOS FORMADOS NO CICLO DE KREBS POR CADA ÁCIDO PIRÚVICO
- 3 NADH2
- 1 FADH2
- 1 ATP
COMO SÃO 2 MOLÉCULAS DE ÁCIDO PIRÚVICO, O RESULTADO FINAL É: 
- 6 NADH2
- 2 FADH2
- 2 ATP
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Mudanças na energia livre durante a glicólise. Cada reação da glicólise resulta em mudança na energia livre
O ciclo do ácido cítrico desprende muito mais energia livre do que da glicólise. Os transportadores de elétrons (NAD e FAD) são reduzidos, e ATP é gerado em reações acopladas a outras, produzindo as principais quedas de energia livre à medida que o metabolismo prossegue.
3ª etapa: Depois, os elétrons de alta energia percorrem a cadeia transportadora de elétrons ou cadeia respiratória, que é composta por complexos enzimáticos, onde os elétrons cedem energia e produzem 36 mols de ATP por mol de glicose consumida.
Esse processo é chamado fosforilação oxidativa e ocorre na membrana interna da mitocôndria. 
Estrutura das membranas mitocondriais.
Cadeia Transportadora de Elétrons
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Cadeia Transportadoras de Elétrons
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Também chamado de Fosforilação Oxidativa. 
É um sistema de transferência de elétrons provenientes do NADH2 e FADH2 até a molécula de oxigênio.
Os elétrons são passados de molécula para molécula presentes nas cristas mitocondriais chamados CITOCROMOS;
Quando o elétron “pula” de um citocromo para outro, até chegar no aceptor final (o oxigênio), ocorre liberação de energia, que é convertida em ATP 
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Glicólise
Formação de acetil
Ciclo do Ác. cítrico
4 ATPs
2 NADH2
1 NADH2
3 NADH2
1 FADH2
1 ATP
1 vez
1 vez
2 vezes
2 vezes
2 vezes
2 vezes
2
6
6
18
4
2
2 ATPs
3 ATPs
3 ATPs
3 ATPs
2 ATPs
ETAPA
PRODUZ
GASTA
OCORRÊNICA
ATPs na Cadeia Transportadora de Elétrons
Saldo
(ATPs)
Balanço energético da Respiração Aeróbica
TOTAL
38
Fermentação
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Sob condições anaeróbicas (como em músculos esqueléticos muito ativos, em plantas submersas ou em algumas bactérias) ocorre a fermentação formando produtos como o lactato e o etanol.
No processo de fermentação, o aceptor final de hidrogênios é o produto final. 
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Fermentação Láctica
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Quando tecidos animais não podem ser supridos com oxigênio suficiente para realizar a oxidação aeróbia do piruvato e do NADH produzidos na glicólise, NAD+ e regenerado a partir de NADH pela redução do piruvato a lactato. Alguns tecidos e tipos celulares (como os eritrócitos, que não possuem mitocôndria e, portanto, não podem oxidar piruvato ate CO2) produzem lactato a partir de glicose mesmo em condições aeróbias. A redução do piruvato por essa via e catalisada pela lactato-desidrogenase, que forma o isômero L do lactato em pH 7:
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O lactato formado pelo musculo esquelético em atividade pode ser reciclado; ele e transportado pelo sangue ate o fígado, onde e convertido em glicose durante a recuperação da atividade muscular exaustiva. Quando o lactato e produzido em grande quantidade durante a contração muscular vigorosa (p. ex., durante uma arrancada), a acidificação resultante da ionização do acido láctico nos músculos e no sangue limita o período de atividadevigorosa. Os atletas mais bem condicionados só podem correr por um minuto em velocidade máxima.
Fermentação Láctica
Fermentação Alcoólica
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Produtos Finais: etanol, CO2 e 2 ATPs;
Realizada por leveduras que são utilizadas na produção, pouco eficaz, no que diz respeito à liberação de energia, pois uma molécula de glicose só rende 2 ATPs.
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Fermentação Alcoólica
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A piruvato-descarboxilase esta presente na levedura utilizada para fabricação de cerveja e pão (Saccharomyces cerevisiae) e em todos os organismos que fermentam glicose em etanol, incluindo algumas plantas. 
O CO2 produzido pela piruvato-descarboxilase na levedura da cerveja e responsável pela efervescência característica do champanhe.
A antiga arte de fazer cerveja envolve vários processos enzimáticos além das reações da fermentação alcoólica
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