Bioenergética e oxidações biologicas - RESUMO

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Bioenergética 
E oxidações biológicas 
Bioenergética e Termodinâmica: 
- A bioenergética estuda a quantidade de energia 
provida das transduções energéticas que acontece 
nos seres vivos e apoiada na termodinâmica, uma 
ciência físico-quimica aplicada a biologia 
- A termodinâmica estuda as transformações que 
ocorrem na natureza e permite expressar essas 
transformações em termos de energia ou trabalho. 
- Há duas leis da termodinâmica que estão muito 
presente nos sistemas biológicos: 
 1ª lei da termodinâmica – Lei da conservação 
de energia: é enunciada como a energia não 
se cria nem se perde, apenas se transforma. 
Os seres vivos são transformadores de 
energia, ao converter a energia em calor 
capaz de fazer o aquecimento do organismo. 
 2ª lei da termodinâmica – Lei da transferência 
de energia: o sistema sempre tende p/ o 
aumento da desordem na realização de um 
trabalho por um processo espontâneo ou 
não. Um exemplo é a bomba de sódio e 
potássio, que realiza trabalho c/ gasto de 
energia, transportando ions de sódio e 
potássio do meio menos p/ o meio mais 
concentrado 
- A entalpia (H) é a propriedade relacionada c/ 
conteúdo de calor de um sistema biológico, que pode 
ser liberado (exotérmico) ou absorvido (endotérmico), 
porém não realiza trabalho no sistema biológico por 
atuar em temperatura inferior. A entalpia reflete o nº 
e o tipo de ligações químicas nos reagentes e 
produtos. 
- A entropia (S) está relacionada c/ o grau de 
desordem de um sistema que pode aumentar ou 
diminuir, sendo incapaz de realizar um trabalho celular 
em determinada temperatura. 
- A energia livre de Gibbs (G) é a energia capaz de 
realizar um trabalho em temperatura e pressão 
constantes. c/ a liberação de energia em processos 
espontâneos (exergônicas) ou absorvendo energia 
em processos não espontâneos (endergônicas). 
Compostos de fosfato ricos em 
energia: 
- Alguns compostos químicos que possuem os 
anidridos do ácido fosfórico são compostos doadores 
de energia por participar intensamente dos processos 
metabólicos É o caso do ATP, utilizado em várias 
etapas metabólicas, como em biossíntese de 
biomoléculas, na contração muscular etc., onde na 
hidrólise do ATP irá liberar uma molécula de 
fosfato, por reação exergônica, que será 
absorvido por outro composto, por reação 
endergônica, em um conjunto de reações 
acopladas, ocorrendo simultaneamente. 
- O ATP (adenosina trifosfato) é a moeda 
energética nos organismos vivos por participar 
tanto na etapa de catabolismo de moléculas 
nutrientes como na etapa do anabolismo. 
Mitocôndrias: 
- São organelas responsáveis pela respiração 
celular, encontradas nas células animais e vegetais. 
-A mitocôndria possui uma membrana externa 
permeável a moléculas pequenas e a íons. Já na 
membrana interna, encontram-se os componentes 
da cadeia respiratória e a ATP-ase. A membrana 
interna é invaginada, impermeável e forma as 
chamadas cristas mitocondriais, e mais seletiva à 
passagem de moléculas pequenas, íons, prótons 
(H+), além de ser constituída por uma bicamada 
lipídica rica em fosfolipídeos e proteínas. 
- A importância metabólica da mitocôndria ultrapassa 
sua estrutura. Defeitos funcionais da organela 
comprometem as funções neuronais, musculares e 
regulação metabólica. 
- Doenças neurodegenerativas, câncer, diabetes, 
obesidade, envelhecimento são alguns exemplos 
relacionados a disfunção mitocondrial. 
-Além de ser a organela responsável pela síntese de 
ATP, ela tua na termogênese, síntese de esteroides 
e na morte programada da célula (apoptose). 
 
Ciclo de Krebs: 
a)Conversão do piruvato em 
Acetil-CoA: 
- A conversão do piruvato ocorre na matriz 
mitocondrial e é realizada pelo complexo piruvato 
desidrogenase, o qual é constituído de 3 enzimas 
que requerem 5 cofatores enzimáticos derivados 
de 4 vitaminas ( tiamina – coenzima TPP, 
riboflavina – coenzima FAD, niacina – coenzima 
NAD e pantotenato – coenzima A) 
- O complexo piruvato desidrogenase faz a 
descarboxilação e desidrogenação oxidativa do 
piruvato c/ a remoção de CO2 e 2 carbonos são 
transferidos ao grupo acetil da coenzima A. Há 
também a transferência de 2 elétrons p/ a cadeia 
transportadora de elétrons do NADH, gerando 2,5 
ATP por elétron. 
 
b) Regulação do complexo 
piruvato desidrogenase: 
- Esta enzima, piruvato desidrogenase, por ser 
uma enzima alostérica a curto prazo, sua 
velocidade de reação é inibida po ATP, acetil-CoA, 
NADH e ácidos graxos. Estes são produzidos em 
excesso em caso de jejum e exercício físico 
prolongados. Com isso, o complexo fica inibido, 
diminuindo a oxidação da glicose. Já a ativação 
ocorre pelo aumento do AMP, CoA e NAD+ . 
 
c) Reações do ciclo de Krebs: 
- As reações do ciclo de Krebs acontecem na 
matriz mitocondrial e são realizadas em 8 etapas 
consecutivas: 
 1 – Condensação: a molécula iniciadora do 
ciclo, acetil-CoA, se condensa 
(irreversivelmente) c/ a molécula 
oxaloacetato, pela ação da enzima citrato 
sintase, formando o citrato. A CoA liberada 
vai participar da descarboxilação oxidativa 
do piruvato. 
 2 – Hidratação e Desidratação: o citrato 
será isomerizado, pela ação da enzima 
aconitase, formando o cis-aconitato. O 
mesmo será hidratado e formará o 
isocitrato 
 3 – Descarboxilação oxidativa: o isocitrato 
será convertido (irreversível) a α-
citoglutarato, pela enzima isocitrato 
desidrogenase, reduzindo o NAD+ (aceptor 
de eletrons) e liberando CO2 por 
descarboxilação oxidativa.. 
 4 – Descarboxilação oxidativa: o α-
citoglutarato é convertido a succinil CoA, 
na presença do complexo α-citoglutarato 
desidrogenase, com a redução do NAD+, 
liberação de CO2 e o CoA é o 
transportador do grupo succinil. 
 5 – Fosforilação ao nível de substrato: o 
succinil será convertido em succinato pela 
succinil CoA sintase. Nesta reação, o GTP 
(guanina trifosfato) é formado a partir da 
energia de ligação tioéster entre o GDP 
(guanina difosfato) e o Pi (fosforo 
inorgânico). O GTP é gerado por 
fosforilação ao nível de substrato. 
 6 – Desidrogenação: o succinato é 
oxidado a fumarato, pela enzima succinato 
desidrogenase, com a redução do FADH2 . 
 7 – Hidratação: ocorre a hidratação 
reversível do fumarato, onde é convertido 
em malato pela enzima fumarase. 
 8 – Desidrogenação: o malato, pela ação 
da malato desidrogenase, em uma reação 
reversível de oxidação, é convertido a 
oxaloacetato, com redução do NAD+ 
fechando assim, o ciclo de Krebs. 
- Embora produza apenas 1 molecula energética, o 
GTP, o cliclo de Krebs participa na produção de 
ATP mas células, devido as coenzimas reduzidas, 
NADH ( 1 NADH = 2,5 ATP) e FADH2 (1 FADH2 = 
1,5 ATP) onde serão usados na síntese de grande 
numero de ATP. 
 
Oxidação completa da glicose = 32 ATP!! = 
glicólise + ciclo de Krebs 
- O ciclo de Krebs não acontece apenas p/ oxidar 
o acetil-CoA em CO2, mas p/ formar moléculas 
intermediarias (oxaloacetato, α-cetoglutarato e 
succinil-CoA) que serão utilizados p/ formar outras 
moléculas como aspartato, glutarato e grupo 
heme respectivamente. 
 
 
 
d) Regulação do ciclo de Krebs: 
- O ciclo de Krebs possui 3 pontos de regulação 
rigorosa que controlam a velocidade das reações 
por disponibilidade do substrato, por inibição pelo 
excesso de produtos e a inibição por 
retroalimentação das enzimas alostérica. 
- Primeiro ponto de regulação: é a enzima citrato-
sintase, inibida por inibição competitiva pelo 
succinil-CoA e pela disponibilidade e oxaloacetato, 
limitando a formação do citrato. 
- Segundo ponto de regulação: é a enzima 
isocitrato-desidrogenase. Com o aumento de ATP, 
sinaliza-se a demanda de ATP, estimulando essa 
enzima a oxidar o citrato, logo a aumentará a 
velocidade de fosforilação. Com isso, há um 
aumento de NADH e ATP, inibindo alostericamente 
a enzima, resultando no aumento de citrato. Com 
o acumulo de citrato, haverá a síntese de glicose 
e armazenamentoda mesma em forma de 
glicogênio e, com isso, armazena-se a energia 
metabólica (ATP). 
- Terceiro ponto de regulação: é a enzima 
complexo α-citoglutarato desidrogenase, que é 
inibida por succinil-CoA, NADH e ATP. 
- Além desses 3 pontos, o succinato 
desidrogenase é inibida competitivamente pelo 
malonato, normalmente ausente nas células, mas a 
adição da mitocôndria bloqueia a atividade do ciclo 
de Krebs. 
 
Cadeia transportadora de elétrons: 
Cadeia Respiratória: 
  fosforilação oxidativa e 
fotofosforilação: 
- Fosforilação oxidativa: é o ultimo processo p/ a 
síntese de ATP. Ocorre na mitocôndrias das 
células eucariontes aeróbias. Inicia-se com a 
entrada dos elétrons na cadeia respiratória. 
- Fotofosforilação oxidativa: ocorre em células 
eucariontes anaeróbias. Utilizam a energia solar p/ 
produzir ATP. Ocorre nos cloroplastos. 
- Ambos os processos bioquímicos envolvem o 
fluxo de elétrons por meio de cadeias 
transportadoras de elétrons, com passagem de 
prótons através de proteínas de membranas, 
conservando a energia da oxidação dos substratos 
e , com isso, o retorno dos prótons a favor de um 
gradiente de concentração fornece energia 
suficiente p/ sintetizar o ATP. 
 
 componentes da cadeia 
respiratória: 
- Os componentes da cadeia respiratória são 
moléculas responsáveis por transferir os elétrons 
de substrato (derivado dos alimentos ingeridos) p/ 
o oxigênio molecular. 
- Este processo ocorre nas cristas mitocondriais 
- Nos componentes da cadeia respiratória, pode-
se observar a participação de classes de enzimas: 
as desidrogenases, que requerem o NAD+ e o 
FAD/FMN, e os citocromos, que transportam os 
elétrons dos substratos orgânicos até ao oxigênio 
molecular. 
A) Desidrogenase Piridinonucleotideo: esta enzima 
requer o NAD+ como aceptor de elétrons. É 
proveniente da vitamina B3. Atua na reação de 
oxi-redução, transferindo elétrons de substrato p/ 
o oxigênio molecular. Tal enzima catalisa a reação 
geral: 
 
 
B) Desidrogenase Flavinonucleotideo: são enzimas 
que requerem o FAD ou o FMN derivado da 
vitamina B2 como coenzima, encontradas nas 
flavoproteinas que transportam 2 prótons e 2 
elétrons na cadeia respiratória: 
 
C) Coenzima Q: também conhecido como 
ubiquinona, é o aceptor de elétrons das 
desidrogenases. Por serem sintetizadas pelo 
tecidos animais, não é uma vitamina. A redução da 
CoQ requer a adição de 2 hidrogenios: 
 
D) Citocromos: é um grupo de ferroproteinas 
responsáveis pela transferência dos elétrons da 
CoQ reduzida p/ o oxigênio molecular. Os 
citocromos que atuam em nestas transferências 
são identificados pelas letras: a, a3, b, c e c1. Os 
citocromos a e a3 existem como um complexo 
conhecido como citocromo oxidase e são 
componentes finais da cadeia respiratória, catalisando 
a passagem dos elétrons do citocromo oxidase para 
o oxigênio molecular, formando agua acoplada a 
bomba de prótons. Estes citocromos, além de ferro, 
possuem cobre, participando das oxi-reduções. 
- As reações seguintes entre o complexo 1,2,3 e 4 
mostram o transporte de elétrons até o oxigênio 
molecular: 
→ Complexo 1: NADH – 
desidrogenase: possui uma flavoproteina 
(FMN) e proteínas ferro-enxofre que atuam na 
transferência de elétrons p/ a CoQ e o bombeamento 
de prótons p/ o espaço intermembranoso. 
 
→ Complexo 2: succinato 
desidrogenase: é uma flavoproteína 
importante também no ciclo de Krebs, a única 
ligada na face interna da membrana interna da 
mitocôndria e responsável por transferir elétrons 
reduzindo a CoQ. O fluxo de elétrons segue do 
succinato ao FAD, passando pela proteína ferro-
enxofre em direção à CoQ. Outros substratos 
metabólicos passam elétrons para a CoQ sem 
passar pelo complexo II, entre esses, a primeira 
reação da β-oxidação dos ácidos graxos. 
 
→ Complexo 3: CoQ-citocromoc-
oxidorredutase: há o acoplamento da 
transferência de elétrons da CoQ para o 
citocromo c com o bombeamento de prótons da 
matriz para o espaço intermembranoso. 
 
→ Complexo 4: Citocromo-
oxidase: último complexo da cadeia 
respiratória e responsável pela transferência dos 
elétrons do citocromo c para o oxigênio molecular, 
reduzindo o oxigênio que, juntamente com 
prótons da matriz mitocondrial, resulta na 
formação de água, além de funcionar também 
como bomba de prontons. É encontrada na 
membrana interna mitocondrial .. A última reação 
de transferência dos elétrons é a oxidação do 
citocromo a3 pelo oxigênio molecular. Os inibidores 
deste complexo são o monóxido de carbono e o 
cianeto, inibindo a citocromo-oxidase na 
transferência dos elétrons ao oxigênio molecular. 
 
 
 
Síntese de ATP: 
- A célula evoluiu para transformar esta energia 
contida nas coenzimas reduzidas em um gradiente 
de prótons capaz de sintetizar o ATP. 
- A energia para gerar o gradiente de prótons é 
proveniente da transferência de elétrons das 
coenzimas para o oxigênio molecular através dos 
componentes da cadeia respiratória presentes nos 
complexos enzimáticos. 
- Estes complexos organizados na membrana 
interna da mitocôndria (cristas mitocondriais) 
permitem que, ao mesmo tempo em que há a 
passagens de elétrons, os prótons atravessam as 
proteínas de membranas do complexo I, III e IV em 
direção do espaço intermembranoso. 
- O retorno dos prótons pela proteína de 
membrana ATP-sintetase gera um potencial de 
energia suficiente para sintetizar ATP. Este é o 
modelo proposto por Peter Mitchell, conhecido 
por teoria ou hipótese quimiosmótico, que mostra 
a dependência da síntese de ATP ao transporte 
de elétrons. 
- Os antibióticos oligomicina e venturicidina inibem 
a ATP-sintetase impedindo a síntese de ATP e a 
transferência de elétrons até ao oxigênio 
molecular.