BIOENERGÉTICA E METABOLISMO

Prévia do material em texto

BIOENERGÉTICA E METABOLISMO
Cap. 13 Leninger
O organismo precisa de energia para desempenhar diversas funções e essa energia vem praticamente quase toda de produtos orgânicos.
O metabolismo consiste em atividade celular altamente coordenada em que os sistemas cooperam para: 
- obter energia pela degradação de nutrientes
- converter as moléculas dos nutrientes em moléculas próprias 
- polimerizar precursores em macromoléculas
- degradar biomoléculas sintetizadas para funções celulares especializadas 
Seres vivos são divididos em autotróficos, como plantas e bactérias que são autossuficientes; e heterotróficos que obtém carbono do meio ambiente na forma de moléculas complexas (carboidratos, lipídios).
Os heterotróficos usam produtos orgânicos dos autotróficos como nutrientes e devolvem CO2 para a atmosfera. Assim o C, O e a agua são reciclados constantemente e a energia solar é a forca motriz de todo o processo.
Uma serie de reações químicas permitem obter, armazenar e utilizar energia para as funções celulares:
- obter energia química (luz solar ou nutrientes)
- converter nutrientes (moléculas próprias d célula; precursores)
- polimerizar macromoléculas 
- sintetizar e degradar biomoléculas especializadas
METABOLISMO
Vias metabólicas = cada uma das etapas da via metabólica contribui para a transformação em uma molécula criada ou degradada 
 Catabolismo: fase degradativa do metabolismo, onde as moléculas dos nutrientes orgânicos (carboidratos, lipídios e proteínas) são convertidas a produtos simples (ácido lático, CO2, NH3) liberando energia (ATP, NADH, FADH).
Extração de energia
Reação Exergônica: liberam energia para o trabalho celular a partir do potencial de degradação dos nutrientes orgânicos 
 Anabolismo: é a biossíntese, onde precursores simples e pequenos são usados para formar moléculas maiores e mais complexas, como carboidratos, lipídios, ácidos nucleicos e proteínas, usando o suprimento de energia (ATP, NADH, FADH).
Utilização de energia na forma de trabalho
Reação Endergônica: absorve energia aplicada ao funcionamento da célula, produzindo novos componentes.
----------------------------------------------------------------------
As vias são interdependentes, uma vez que o anabolismo só acontece porque o catabolismo forneceu energia e o catabolismo só acontece porque o anabolismo forneceu moléculas.
 As vias catabólicas são convergentes e as vias anabólicas divergentes 
- vias metabólicas são coordenadas e interdependentes (reação endergônica depende da exergônica) 
- o fluxo de moléculas e energia ocorre em vias
- envolvem enzimas diferentes numa mesma via 
- podem ser compartimentalizadas 
- possuem vias irreversíveis (quando transforma uma molécula em um determinado produto, não volta mais)
- possuem etapa limitante 
O metabolismo tem mecanismos de regulação para que seja coordenado e não desperdice a síntese e a degradação 
BIOENERGÉTICA E TERMODINÂMICA
Bioenergética é o estudo quantitativo das transduções de energia, ou seja, a mudança de uma forma de energia para outra e das conversões de energia em sistemas biológicos (respondem à lei da termodinâmica)
· 1ª lei da termodinâmica: conservação de energia a energia não pode ser criada ou destruída, mas sim mudar de forma ou ser transportada 
· 2ª lei da termodinâmica: entropia em todos os processos naturais, a entropia do universo aumenta (desordem do sistema).
As células adquirem energia livre de moléculas de nutrientes que transformam essa energia em ATP e outros compostos ricos em energia que conseguem dar forca para realização de trabalho biológico em temperatura constante.
Gibbs descobriu que a energia liberada em uma reação química espontânea é utilizada para reorganizar o sistema = energia livre (∆G).
A entalpia (energia liberada durante a reação), entropia (desordem) e a temperatura são fatores determinantes para prever a espontaneidade de uma reação.
A energia livre de Gibbs (∆G) é a energia capaz de realizar trabalho durante uma reação com temperatura e pressão constantes.
· ∆G - : reação exergônica (liberação de energia)
Catabolismo; reações liberam energia livre que é utilizada adiante no anabolismo.
· ∆G + : reação endergônica (absorve energia)
Anabolismo 
Um sistema (mistura de reagente e produtos) tende a variar sua composição até atingir o equilíbrio.
Se o sistema não está em equilíbrio, ele tende a ir e essa tendência é a forca motriz, cuja intensidade pode ser expressa como energia livre de GIbbs:
- ∆G- o sistema é espontâneo, pois os produtos tem menos energia que o reagente, significando que no meio do caminho ele liberou energia (catabolismo)
- ∆G+ o sistema não é espontâneo, pois os produtos da reação tem mais energia livre que os reagentes, ou seja, adquiriu energia no caminho (anabolismo).
- ∆G0 indica equilíbrio, quando não tem mais nem uma força que estimule nenhuma reação.
REAÇÕES BIOQUÍMICAS COMUNS
Transferência de grupo fosforila e ATP
ATP = adenosina trifosfato formado por uma base nitrogenada adenina, uma ribose e 3 grupos fosfato
As células obtêm energia livre pelo catabolismo de moléculas de nutrientes (glicose, ácidos graxos, etc) e usam essa energia para produzir ATP. Então doam esse ATP para processos endergônicos (anabolismo) como síntese de macromoléculas, transporte de substancias por membrana, etc.
A doação de energia acontece pela conversão do ATP em ADP ou AMP (liberação dos grupos fosfatos).
Pode liberar 1 molécula de fosfato, virando ADP
Se liberar 2 moléculas de fosfato, vira AMP
Essa reação de liberação de fosfatos pelo ATP é exergônica 
A liberação de ATP está acoplada a muitas reações endergônicas, em que é necessário adquirir energia para a produção de moléculas. Por isso as vias são interdependentes, catabolismo usa os nutrientes para obtenção de energia e grande parte desta energia vai para o anabolismo ou transporte de membrana, contração muscular, etc
O ATP tem alto número de renovação, ou seja, o ADP e AMP podem ser convertidos novamente em ATP para que essa energia esteja disponível para outras reações celulares (recebe o grupo fosfato de novo).
Transferência do grupo fosfato do ATP =
- Se estou me alimentando, recebendo glicose, uso ela como energia e não a minha reserva energética. Isso ocorre porque a insulina impede que as enzimas peguem a reserva energética para consumir. Ela faz isso ativando uma enzima chamada fosforilase que retira grupo fosfato da lipase e lipase não consegue atuar.
- Em jejum, preciso de energia e o glucagon (hormônio) vai ativar a enzima cinase que vai adicionar grupo fosfato na lipase. A lipase fosforilada expõe seu sitio ativo, pega o triacilglicerol e quebra em glicerol + ácido graxo, o qual vai para várias vias atuar na produção de energia.
O ATP nesse caso transfere seu grupo fosfato, pois depois recebe de volta
Porém em alguns casos ele doa e não recebe mais de volta, no caso da contração muscular
A actina e miosina só conseguem se ligar se o ATP doar grupo fosfato, ou seja, traduz a energia química do ATP em movimento. Por isso maior gasto energético é na contração muscular
Existem outras moléculas além do ATP capazes de doar grupo fosfato: fosfoenolpiruvato, 1,3 bifosfoglicerato e fosfocreatina (alto potencial de doação de Pi no exercício).
Reações biológicas de oxidação-redução
Envolve retirada (ou doação) de elétrons dos metabólitos
Perda de elétrons oxidação 
Ganha elétrons redução 
O fluxo de elétrons nessas reações redox também é responsável por todo o trabalho realizado no organismo
Os elétrons movem-se de diferentes intermediários metabólitos para transportadores de elétrons especializados (NAD+, NADP+ e FAD), em reações catalisadas por enzimas. Depois esses transportadores doam o elétrons para receptores, com liberação de energia.
Várias enzimas catalisam reações de oxidação-redução passando os elétrons para transportadores de elétrons universais e liberando energia livre:
- NAD, NADP são coenzimas solúveis que sofrem oxidação e redução em muitas reações, movendo-se facilmente entre enzimas 
- FMN e FAD servem de grupos prostéticosligados fortemente às enzimas 
- Quinonas, ubiquinona e plastoquinona são lipossolúveis e atuam como transportadores de elétrons nas membranas
- Citocromos também possuem grupo prostético, atuando como transportadores de elétrons 
Transportadores de elétrons universais
Recebem e doam os elétrons liberando energia livre: 
- NAD e NAD+ (forma oxidada de NAD)
- NADP e NADP+ (forma oxidada)
NAD e NADP são moveis e movem-se entre enzimas facilmente 
Em algumas reações eles conseguem receber ou perder hidrogênio = desidrogenação e vira NADH e NADPH.
- FMN e FAD > FMNH2 e FADH2 (formas reduzidas)
Esses são mais capazes de aceitar elétrons e prótons comparado a NAD e NADP
Atuam como grupos prostéticos fortemente ligados à enzimas 
Glicose + 2ATP 2 piruvatos + 2 NADH + 4ATP