Introdução ao Metabolismo

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Introdução ao 
Metabolismo 
Conceito de Metabolismo 
É uma atividade celular altamente dirigida e coordenada, 
na qual cooperam diversos sistemas multienzimáticos. 
É a soma de todas as transformações químicas que 
ocorrem em uma célula ou organismo. 
(Albert Lehninger) 
Funções do Metabolismo 
• Obter energia química do sol ou de nutrientes do ambiente; 
• Converter as moléculas dos nutrientes e da própria célula em 
 precursores das macromoléculas; 
• Polimerizar os precursores em macromoléculas; 
• Sintetizar e degradar as biomoléculas de acordo com a 
 necessidade celular. 
Divisão do Metabolismo 
Anabolismo 
É a fase biossintética e consumidora de energia do 
metabolismo. 
Catabolismo 
É a fase degradativa e liberadora de energia do 
metabolismo. 
Macromoléculas 
Produtos 
Pobres em 
Energia 
Nutrientes 
Ricos em 
Energia 
ADP 
NAD 
FAD 
ATP 
NADH 
FADH2 
Moléculas 
Precursoras 
Anabolismo Catabolismo 
Energia 
Química 
Introdução ao Metabolismo 
Metabolismo – é o conjunto das reações 
bioquímicas que ocorrem em um organismo 
 
Metabolismo energético 
parte do metabolismo que diz respeito ao 
armazenamento e utilização de energia 
Metabolismo de lipídeos 
diz respeito a síntese e degradação de lipídeos 
Metabolismo de açúcares 
diz respeito a síntese e degradação açúcares 
 
A unidade do metabolismo é a via metabólica: 
Cada via metabólica tem uma função 
Para que serve na célula? 
Cada via metabólica tem sua regulação 
Como é ligada e desligada? 
Cada via metabólica tem suas conexões 
Com que outras vias se conecta? 
Mapa metabólico 
v 
v 
Amido 
Triacil 
gliceróis 
Proteínas 
Aminoácidos 
Glicose 
Ácidos 
Graxos 
Acetil-CoA 
Acetoacetil- 
CoA 
Glicose 
Lipídios 
Proteínas 
Aminoácidos 
Glicídios 
Ciclo de 
Krebs 
O catabolismo é convergente, o anabolismo é divergente e o ciclo 
de Krebs é um processo anfibólico 
Convergências e Divergências no Metabolismo 
Celular 
Catabolismo 
• Três estágios: 
– 1 estágio – Quebra das macromoléculas 
(proteínas, carboidratos e lipideos) em unidades 
menores; 
 
– 2 estágio – produtos do primeiro estágio 
(aminoácidos, monossacarídeos) são 
transformados em Acetil-CoA; 
 
– 3 estágio – Acetil-CoA é oxidado ao longo do ciclo 
de Krebs a CO2 e as coenzimas NAD+ e FAD são 
reduzidas para formar NADH E FADH2 
 
 
Bioenergética e tipos de Reações 
Bioquímicas 
As células e os organismos vivos devem realizar trabalho para 
permanecer vivos, crescerem e se reproduzirem; 
- A capacidade de controlar a energia e direcioná-la para o trabalho 
biológico é uma propriedade fundamental de todos os organismos 
vivos; 
- Os organismos modernos realizam uma notável variedade de 
transduções de energia , conversões de uma forma de energia em 
outra; 
- Eles usam a energia química dos combustíveis para sintetizar 
macromoléculas complexas, altamente organizadas, a partir de 
precursores simples; 
- A BIOENERGÉTICA é o estudo quantitativo das reações de energia e 
conversões de energéticas em sistemas biológicos ; 
- As transformações biológicas de energia obedecem as LEIS DA 
TERMODINÂMICA 
Termodinâmica 
Energia 
(Calor) 
Trabalho 
(movimento) 
Máquina à vapor 
1ª Lei: 
Princípio da conservação da 
energia: 
 
A energia não pode ser criada nem 
destruída. 
 
Pode somente mudar a forma ou o 
local em que ela se apresenta 
“Termodinâmica é o conjunto de princípios 
que regem as transformações de energia” 
2ª Lei: 
Princípio da “desordem crescente” 
 
Nos processos espontâneos há uma 
tendência a aumentar o grau de 
desordem. 
 
O universo sempre tende para a 
desordem crescente: em todos os 
processos, naturais a entropia do 
universo aumenta. 
Leis 
Conceitos termodinâmicos 
Energia livre de Gibbs, G: 
Quantidade de energia associada a uma reação, capaz de realizar trabalho. 
Quando a reação libera energia a variação na energia livre de Gibbs tem sinal negativo 
G<0 (exergônica) 
Quando a reação absorve energia a variação na energia livre de Gibbs tem sinal positivo 
G>0 (Endergônica) 
Entalpia, H: 
É o conteúdo de calor de um sistema. 
Reflete o número e o tipo de ligações químicas nos reagentes e nos produtos 
Quando uma ligação libera calor H tem, por convenção ,um sinal negativo. 
H< 0 (Exotérmica) 
Quando uma ligação absorve calor H tem, por convenção ,um sinal positivo 
H>0 (Endotérmica) 
Entropia, S: 
É uma expressão do grau de desordem de um sistema. 
Quando os produtos de uma reação são menos complexos ou mais desordenados que os 
reagentes a reação ocorre com ganho de entropia 
S>0 (Aumento da desordem) 
 S<0 (Diminuição da desordem) 
G=H -T S A variação de energia livre (G) depende da 
variação do conteúdo de calor (H) e da 
variação no grau de desordem (S) 
Energia Livre de Gibbs (G) 
• É a quantidade de energia de uma sistema capaz de 
produzir trabalho, medida em condições constantes 
de temperatura e pressão. 
 
• Indica a possibilidade de uma reação ocorrer 
 
G > 0 a RQ não ocorre sem ajuda externa. Reação 
Endergônica 
 
G = 0 não há possibilidade de ocorrer qualquer RQ. 
Sistema em Equilíbrio 
 
 G < 0 a RQ tende ocorrer espontaneamente, com 
liberaçào de energia. Reação Exergônica 
 
 
Energia Livre de Gibbs (G) e 
a Constante de Equilíbrio (Keq) 
G = Go + RTln 
RQ: aA + bB cC + dD 
[A]a [B]b 
[C]c [D]d 
 
G = Go + RT ln Keq 
R 
Constante dos gases 
1,98 cal/mol.K ou 8,134 J/mol.K 
T Temperatura absoluta ( Kelvin) 
ln Logarítimo natural 
[A]a [B]b 
[C]c [D]d 
= Keq 
G = Go + RT ln Keq 
0 = Go’ + RT ln Keq 
No equilíbrio G = 0 
Relação entre Go’ e Keq 
 1,0 zero está no equilíbrio 
Go’ Keq 
> 0 negativo ocorre no sentido direto 
< 0 positivo ocorre no sentido inverso 
sob condições padrões 
Go’ = - RT ln Keq 
Energias livres de reações são 
aditivas 
 A B C 
 
Acoplamento de reações permite 
realização de reações endergônicas 
 Glicose + Pi Glicose 6-fosfato + H20 G0’ = 13.8 kJ/mol 
ATP + H20 ADP + Pi  G0’ = -30.5 kJ/mol 
Glicose + ATP Glicose 6-fosfato + ADP 
G0’ = 13.8 kJ/mol + (-30.5 kJ/mol) = - 16.7 kJ/mol 
 
• Síntese de biomoléculas 
 
 
• Transporte ativo 
 
 
• Contração muscular e locomoção 
 
 
• Neurotransmissão 
 
 
• Bioluminescência 
 
O ATP como Moeda Energética 
Funções do ATP 
A Variação de Energia Livre de Hidrólise do ATP 
As bases químicas da grande variação de energia livre associada 
com a hidrólise do ATP: os produtos são mais estáveis que o 
substrato. 
Hidrólise diminui a 
repulsão entre 
as cargas 
Ionização Estabilização 
por ressonância 
A hidrólise do 1,3-bifosfoglicerato resulta no 3-fosfoglicerato, que possui um 
grupo carboxílico que se dissocia imediatamente. A ionização e as estruturas 
ressonantes tornam o produto mais estável do que o reagente. O Pi é 
estabilizado por ressonância. 
1,3 bifosfoglicerato Ácido 3-fosfoglicérico 3-fosfoglicerato 
H2O 
Pi 
Hidrólise Ionização 
Estabilização 
por 
ressonância 
1,3-bifosfoglicerato + H2PO4 3-fosfoglicerato + Pi + H
+ 
Go´ = -49,3 kJ/mol 
Variação de Energia Livre de Hidrólise de Outros 
Compostos Fosfatados 
Doador de e- 
Aceptor de e- 
Se Oxida 
Agente Redutor 
(ou Redutor) 
Se Reduz 
Agente Oxidante 
(ou Oxidante) 
P
a
r C
o
n
ju
g
a
d
o
 R
e
d
o
x
 
e- 
As Oxidações Biológicas Envolvem Desidrogenação 
Os Pares Redox e as Formas de 
Transferência de Elétrons 
Identificando o estado redox dos 
átomos de carbono 
Totalmente 
oxidado 
Totalmente 
reduzido 
O H Função 
química 
- 3 Alcano 
1 3 Alcool 
1 1 
(0) 
Aldeído 
(cetona) 
2 1 Ácido 
carboxílico 
2 - Gás 
carbônico 
Quandoexaminamos uma molécula 
ou grupamento químico: 
Oxigênio é um indicador de 
oxidação 
Hidrogênio é um indicador de 
redução 
Um exemplo de reação redox 
Lactato 
(álcool) 
Piruvato 
(cetona) 
Lactato desidrogenase 
Oxidação do lactato a piruvato 
Desidrogenação: 
dois elétrons e dois íons de hidrogênio (o equivalente a dois átomos de 
hidrogênio) são removidos do C-2 de lactato, um álcool, para formar 
piruvato, uma cetona. 
Nas células a reação é catalisada pela enzima lactato desidrogenase e os 
elétrons são transferidos para um cofator chamado nicotinamida adenina 
dinucleotídeo (NAD+). 
A redução da nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD) e de seu 
análogo fosforilado (NADP) envolve a transferência um íon hidreto 
(um próton e dois elétrons) de um substrato oxidável. 
Os Transportadores de Elétrons 
A flavina adenina dinuclotídeo (FAD) aceita dois átomos de 
hidrogênio, que aparecem no sistema em anel da flavina. 
Os Transportadores de Elétrons 
Funções do NAD e do NADP 
NAD  oxidação de 
combustíveis 
NADP  biossíntese 
Via glicolítica 
Ciclo de Krebs 
oxidação de 
ácidos graxos Cadeia de 
transporte 
de elétrons NAD+ 
NADH 
O2 
H2O 
Biossíntese 
de lipídeos 
Outras 
biossínteses 
Via das 
pentose
s NADPH 
NADP+ 
Glicose (C6) 
Pentose (C5) 
Vias Anabólicas 
Vias Catabólicas 
Outras vias 
oxidativas 
A fosforilação em nível de substrato envolve a transferência de 
fosfato de um intermediário metabólico de alta energia 
diretamente para o ADP. 
P Adenosina P P 
P P P Adenosina 
Composto 
de alta 
energia 
Composto 
de baixa 
energia 
Fosforilação em Nível de Substrato 
Formas de Síntese de ATP 
O fosfato é transferido para o ATP, e deste para moléculas 
receptoras como a glicose e o glicerol. 
Fosforilação em Nível de Substrato 
Formas de Síntese de ATP 
A energia liberada pelos elétrons, durante passagem destes pelos 
componentes da cadeia respiratória, é usada para a formação de 
uma gradiente eletroquímico de prótons H+. 
Fosforilação Oxidativa 
FADH2 
FAD 
Formas de Síntese de ATP 
As desidrogenases que usam o FAD como grupo prostético, doam 
seus elétrons para o componente ubiquinona (UQ) 
Fosforilação Oxidativa 
Formas de Síntese de ATP 
O retorno destes prótons H+ para a matriz mitocondrial libera energia para a 
síntese de ATP pela enzima F1-ATPase, a partir de ADP e Pi 
Fosforilação Oxidativa 
Formas de Síntese de ATP