AD1 - Bioquímica II - 2020 1

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Fundação CECIERJ – Vice Presidência de Educação Superior a Distância
Curso de Licenciatura em Ciências Biológicas 
1a. Avaliação a Distância
Disciplina: Bioquímica II – 2020.1
Aluna: Drielle Rocha Leite
Matrícula: 17212020026
Polo: Nova Friburgo
1. As células são sistemas isotérmicos, funcionam essencialmente em temperaturas constantes (e também em pressão constante). O fluxo de calor não é uma fonte de energia para as células, já que o calor é capaz de realizar trabalho somente quando passa por uma região ou por um objeto com temperatura inferior. Sendo assim, responda as questões seguir: (2,5) 
 
a) Cite e explique o tipo de energia utilizado pelas células. (0,5) 
O tipo de energia utilizado pelas células é a Energia Livre de Gibbs (G), capaz de realizar trabalho em reações químicas a temperatura e pressão constantes. Ela diz a direção da reação e a quantidade de trabalho que pode ser realizado.
b) Que fórmula podemos usar para calcular esse tipo de energia? Explique com que finalidade ela pode ser usada? (0,5) 
Podemos usar a fórmula para calcular esse tipo de energia, onde ∆G é a variação da Energia livre de Gibbs, ∆H é a energia total e T∆S é a energia inaproveitável.
Tal fórmula é utilizada na representação da Segunda Lei da Termodinâmica, a qual estabelece condições para que as transformações termodinâmicas possam ocorrer espontaneamente.
c) Qual a diferença entre reação espontânea e não espontânea? (0,5) 
Uma reação espontânea é uma reação exergônica, ou seja, uma reação que libera energia (∆G negativo), já uma reação não espontânea se trata de uma reação endergônica, que necessita de energia (∆G positivo).
d) Defina reação acoplada. Qual a importância deste tipo de reação para o metabolismo celular? Dê um exemplo (demonstre as reações químicas e os cálculos utilizados). (1,0) 
Uma reação acoplada é a “soma” de uma reação exergônica com uma endergônica, utilizada para permitir que a reação desfavorável (endergônica) aconteça. Tal acoplamento requer gasto de energia, para que outras etapas que forneçam energia cubram esse gasto inicial e liberem energia para outras funções metabólicas.
Esse tipo de reação é de extrema importância, pois é utilizado, por exemplo, para a transmissão de impulsos nervosos, transporte de materiais através de membranas, contração musculas e inúmeras reações.
 ∆G0 = + 10 kJ/mol (reação 1)
 ∆G0 = – 30kJ/mol (reação 2) 
A reação 1 é uma reação endergônica (∆G positivo), já a reação 2 é exergônica (∆G negativo). Para que haja o acoplamento de duas reações, deve-se apenas somar as equações. Desta forma:
∆G0 = (+ 10 kJ/mol ) + (-30 kJ/mol) 
∆G0 = – 20 kJ/mol 
2. Sobre a via glicolítica, responda: (2,5) 
a) Qual a importância desta via para metabolismo celular? (0,5) 
A função da via glicolítica é, especialmente, sintetizar ATP. É uma das vias utilizadas para a obtenção de energia pelos organismos. Ela atua na respiração celular e é a primeira das três etapas deste processo. É também a principal via dos processos de fermentação. Na glicólise, a glicose é oxidada e, durante esse processo, a célula é capaz de utilizar a energia que foi liberada para sintetizar moléculas de ATP (duas moléculas). A via glicolítica é a principal via metabólica central.
b) Quais são os pontos de regulação desta via? Demonstre esquematicamente as reações e suas enzimas. (0,5) 
Os pontos de regulação da via glicolítica são a hexoquinase, a fosfofrutoquinase 1 (PFK1) e a piruvato quinase.
Hexoquinase: sua atividade é regulada negativamente pelo seu produto, a
glicose-6P, que em altas concentrações inibe a atividade enzimática.
PFK1: é a enzima mais regulada, e o mais importante sítio de regulação da via glicolítica. Ela é regulada pela carga energética da célula em concentrações altas de ATP, ocorre a ligação do ATP ao sítio ativo e ao sítio regulador, provocando uma mudança na conformação da enzima e diminuindo a afinidade pelo substrato, ocorrendo a redução da atividade enzimática, pelo citrato, a seu aumento ocorre quando a carga energética celular está alta. Logo, quando a carga energética está alta, há alta concentração de citrato, ocorrendo a redução da atividade enzimática pela frutose-2,6-bifosfato, envolvendo hormônios adrenalina e glucagon, a frutose-2,6-bifosfato é um ativador da fosfofrutoquinase (PFK1), a enzima diminui o km e aumenta a afinidade com o substrato, a frutose-6P.
Piruvato quinase: O ATP exerce inibição alostérica sobre a piruvato quinase, reduzindo assim a velocidade da glicólise quando a carga energética for alta. Além do ATP, a alanina também inibe alostericamente a piruvato quinase. A enzima é ativada por um dos intermediários da via, a frutose-1,6-bifosfato. Além disso, ela ainda pode ser regulada pela fosforilação, que a inibe, e quando desfosforilada, ela aumenta sua atividade.
c) Explique como o balanço de ATP/ADP pode influenciar nessas regulações? (0,5) 
O balanço de ATP/ADP controla as vias metabólicas, impedindo o ciclo fútil, onde a mesma molécula é sintetizada e simultaneamente degradada. As vias antagônicas têm suas velocidades reguladas para atender a demandas específicas.
Se o balanço de ATP/ADP for positivo (estado fisiológico energeticamente favorável), a glicólise será inibida. Ou seja, em altas concentrações de ATP, as vias metabólicas de síntese de ATP serão inibidas, se as concentrações de ATP forem baixas (altas concentrações de ADP), essas vias serão ativadas.
d) Qual é o produto final da glicólise? Cite e explique quais são as rotas catabólicas onde este produto pode ser metabolizado? (1,0) 
O conjunto das dez reações catalisadas na via glicolítica resulta na formação de duas moléculas de piruvato, com saldo de duas moléculas de ATP e duas moléculas de NADH.H⁺.
As rotas catabólicas que esse produto pode seguir vai depender se o organismo ou célula segue uma via anaeróbica ou aeróbica. A via anaeróbica, ou seja, ausência de oxigênio ou incapacidade de utilizá-lo, chama-se fermentação, podendo ser láctica ou alcóolica. Já a via aeróbica (presença de oxigênio e capacidade de utilizá-lo) é chamada de respiração celular.
Fermentação láctica: é o processo de obtenção de energia que ocorre em algumas bactérias anaeróbias e também em algumas céluals do nosso corpo, como as hemácias. Na fermentação láctica, o piruvato (3C) será convertido em lactato (3C), o NADH que foi reduzido pela enzima gliceraldeído-3P desidrogenase volta a ser oxidado pela enzima lactato desidrogenase, permitindo a continuidade da via, disponibilizando NAD⁺ e impedindo a paralização da via. Os produtos dessa reação são duas moléculas de NAD⁺, duas de lactato e duas de ATP
Fermentação alcóolica: é o processo de obtenção de energia presente nas leveduras, seres unicelulares e eucariontes. Na fermentação alcóolica, o piruvato é convertido em acetaldeído pela enzima descarboxilase e posteriormente em etanol, pela enzima alcóol desidrogenase. Os produtos dessa reação são duas moléculas de etanol, duas de ATP e duas de CO₂ para cada molécula de glicose quebrada, já que a molécula de piruvato (3C) perde um carbono, através da enzima piruvato descarboxilase, para formar uma molécula de etanol (2C). O carbono perdido sai na forma de CO₂. Os produtos dessa reação são duas moléculas de etanol e duas moléculas de CO₂.
Respiração celular: Ela começa quando a glicose é degradada na via glicolítica formando o piruvato, que entra na mitocôndria através da translocase. O piruvato é utilizado pelo PDH (piruvato desidrogenase) que é responsável por catalisar a reação de conversãodo piruvato em Acetil-CoA.O PDH catalisa a reação, que é a ponte entre a glicólise e o ciclo do ácido cítrico. Os produtos da reação são Acetil-CoA, NADH.H⁺ e CO₂. 
3. O metabolismo consiste em um conjunto de reações químicas altamente integradas e reguladas. Dessa forma responda as questões a seguir: (1,0) 
a) Descreva brevemente os principais mecanismos de regulação metabólica. (0,5)
Controle dos níveis das enzimas: A concentração das enzimas intracelulares
são diferentes, dependem basicamente das suas velocidades de síntese e degradação, o nível da maioria das enzimas é controlado predominantemente pela alteração da velocidade de transcrição dos genes que as codificam.
Controle da atividade enzimática: A atividade enzimática pode ser controlada de duas formas: Pela interação do ligante, controle alostérico, que está relacionado a qualquer alteração na estrutura terciária ou quaternária de uma enzima, sendo induzido por uma molécula ligante. E pela modificação covalente de sua molécula, que geralmente está associada com regulação em cascata, na qual uma enzima ativa a outra até atuar no substrato.
Controle por compartimentalização: Em geral a via de síntese de uma molécula acontece em um compartimento celular diferente da via em que ocorre a sua degradação, facilitando a regulação da via.
Regulação hormonal: O organismo coordena diversas atividades em diferentes níveis de organização por meio de sistemas complexos de sinalização envolvendo mensageiros químicos, os hormônios. Há diversas funções moduladas pelas ações combinadas de hormônios, tais como mudanças na concentração de uma enzima, na permeabilidade da membrana por um substrato, entre outras.
b) Quais são as diferenças entre anabolismo e catabolismo? (0,5) 
No anabolismo (biossíntese), moléculas complexas, como lipídeos, polissacarídeos, proteínas e ácidos nucléicos, são produzidos à partir de precursores simples. As reações anabólicas exigem uma entrada de energia, geralmente sob a forma das ligações fosfoanidrido do ATP e do poder redutor do NADH, NADPH e FADH₂.
O catabolismo é a fase de degradação do metabolismo, onde moléculas orgânicas de nutrientes, como carboidratos, gorduras e proteínas, são convertidos em moléculas menores e mais simples (como o ácido láctico, CO₂, NH₃). As vias catabólicas liberam energia, parte dessa energia é aprisionada na molécula de ATP, nos transportadores de elétrons (NADH, NADPH E FADH₂), o restante é perdido como calor.
 
4. O jejum intermitente é uma dieta para emagrecer onde as pessoas costumam ficar um longo período do dia sem comer. Quando passamos um período de tempo em jejum prolongado nosso metabolismo entra majoritariamente em fase anabólica ou catabólica? Por quê? (2,0) 
O nosso organismo entra em fase catabólica. 
No processo anabólico o corpo acumula energia e sintetiza as moléculas e produtos que necessita para seu mantimento. Em contrapartida, os processos catabólicos são aqueles se consomem os substratos energéticos (estocados pelo processo anabólico) para manter o funcionamento do organismo. Assim, a ideia do jejum intermitente é que a ingestão de alimentos seja com o mínimo de gordura, para que o corpo comece a consumir gordura corporal durante o processo de catabolismo. 
 
5. A maior parte das células tumorais cresce em condições anaeróbicas, devido à falta inicial das redes de capilares que suprem com oxigênio. Sendo assim, explique por que em muitos tumores encontrados em humanos, a captação e a degradação de glicose são cerca de 10 vezes mais rápidas do que em células normais? Como isso pode possibilitar uma terapia anticâncer? (2,0)
A captação da glicose e a glicólise é cerca de dez vezes mais rápida nos tumores sólidos do que em tecidos não-cancerosos, as células tumorais geralmente experiênciam hipóxia (fornecimento limitado de oxigênio), porque não tem uma rede capilar para suprir o tumor com o oxigênio.
Células cancerosas mais do que 100 a 200 μ de distância do capilar mais próximo dependem da glicólise anaeróbica para grande parte da sua produção de ATP, o rendimento dessa síntese é muito menor, com isso as células tumorais devem captar muito mais glicose do que as células normais. Sendo assim, quanto mais agressivo for o tumor, maior será a taxa de glicólise.
Com a alta taxa de glicólise, as células tumorais são capazer de sobreviver em condições anaeróbicas até que o suprimento de vasos sanguíneos alcance o tumor que está em crescimento. O hormônio peptídico VEGF (fator de crescimento vascular endotelial) estimula o crescimento de tais vasos sanguíneos.
Os transportadores de glicose e a maior parte das enzimas glicolíticas estão superexpressos em tumores. A dependência maior dos tumores pela glicólise (comparado aos tecidos normais) sugere que compostos que inibem as enzimas hexocinase, glicose-6-fosfato-desidrogenase ou transcetolase bloqueiem a produção de ATP pela glicólise, privando assim a célula cancerosa de energia e matando-a.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. Bioquímica2. v.1 / Andrea Da Poian... [et al.] – Rio de Janeiro: Fundação CECIERJ, 2012.
2. LEHNINGER, A.L.; NELSON, D.L.; COX, M.M. Princípios de Bioquímica. 2. ed. São Paulo: Sarvier, 2000. 839p. 
 
3. NELSON, D. L.; COX, M. M. Princípios de Bioquímica de Lehninger. 5.ed. Porto Alegre: Artmed, 2011.