Metabolismo aplicado à Medicina Veterinária

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Bioquímica – Metabolismo 
Aula 1 
· Conceito de metabolismo:
· Atividade celular dirigida e coordenada 
· Envolve sistemas multienzimáticos 
· Soma das transformações químicas que acontecem na célula ou organismo 
· Muitas reações simultâneas 
· Conjunto das vias metabólicas
· Vias metabólicas 
· Reações organizadas em sequências enzimáticas 
· Via metabólica 
· Reação enzimática específica
· Produto de uma reação é substrato da reação seguinte
· Funções do metabolismo
1º Conseguir energia química 
· Por energia solar, degradação de nutrientes ricos em energias ou outros 
2
º Converter as moléculas de nutrientes em moléculas com característica própria de cada célula
· Até precursores de macromoléculas
3º Formar macromoléculas 
· Partindo de monoméricos para forma proteínas, ácidos nucléicos e polissacarídeos 
4º Produzir e degradar biomoléculas necessárias para funções celulares especializadas 
· Formar lipídeos de membrana, mensageiros intracelulares e pigmentos 
· Catabolismo 
· Degrada moléculas orgânicas 
· Reações exergônicas
· Oxidativos (ocorre na presença de O2)
· Produzem energia 
· Anabolismo 
· Sintetiza moléculas orgânicas (biossíntese) 
· Reação endergônica
· Redutora
· Gasta energia 
· Princípio geral do metabolismo energético:
· Catabolismo libera energia que vai ser usada no anabolismo transferência de energia 
· Transferência de energia:
· Acontece em pares de elétrons do átomo de H (retirados de substratos captados pelas coenzimas) 
· Ou na forma de compostos fosfatados 
· Vias catabólicas 
· Pega energia química vinda de moléculas ricas em energia formando o ATP (adenosina trifosfato) 
· Via convergente (parte de muitos e chega em um só)
· Pega moléculas da dieta (ou armazenadas nas células) sejam convertidas em blocos constituintes (unidades de construção) 
· Polissacarídeos monossacarídeos 
· Proteínas aminoácido
· Triacilgliceróis ácidos graxos livres e glicerol 
· Vias anabólicas 
· Pega moléculas pequenas e forma moléculas complexas
· Precisam da energia formada das reações catabólicas energia fornecida pela quebra do ATP
· Via divergente (parte de um e chega em vários)
· Tipo de vias metabólicas:
· Vias lineares 
· Tem substrato inicial, intermédios metabólicos e o produto final segue uma linha 
· Ex: Glicólise
· Vias cíclicas
· Tem o substrato inicial e o produto final, sendo seguido um ciclo, voltando ao início novamente
· Ex: Ciclo de Krebs 
· Organização em vias metabólicas 
· Organiza-se em uma sequência de passos catalizados por enzimas 
· Enzimas podem estar:
· Separadas;
· Juntas formando complexos multienzimáticos;
· Sistema associada a membranas
· Regulação do metabolismo 
· A síntese e degradação de uma molécula não pode acontecer ao mesmo tempo dentro da mesma célula ou tecido 
· O controle de rotas é feito utilizando diferentes enzimas e compartimentos celulares
· Enzimas marcapasso ou regulatórias 
· Controla velocidade das reações nas vias metabólicas 
· Fatores que regulam sua atividade:
· Modificação covalente (ligação de grupos. Ex: fosforilação e desfosforilação) 
· Efeitos alostéricos (Composto que se ligam no sítio alostérico) 
· Regulação hormonal 
· Repressão gênica 
· Ciclo do ATP 
· “moeda de troca” energética nas células 
· Organismos fototrópicos:
· Energia luminosa energia química (ATP) 
· Organismos heterotróficos:
· Alimentos ATP 
· Esse ciclo leva energia (da fotossíntese ou do catabolismo) aos processos celulares que precisam de energia 
· Estrutura do ATP: 
· Reações de óxido-redução
· Transferência de elétrons 
· Uma espécie química sofre oxidação (perda dos elétrons) e outra espécie química sofre redução (ganho de elétrons)
· Os elétrons e hidrogênios perdidos são captados pelo NAD (que é uma coenzima) 
· Transportadores de elétrons (coenzimas):
· NAD (Nicotinamida Adenina Dinocleotídeo) 
NAD+ + 2e + 2 H+ NADH + H+
· FAD (Flavina- Adenina- Dinucleotídeo) 
FAD + 2e + 2H+ FADH2
· NADP (Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo Fosfato) 
NADP + 2e + 2H+ NADPH2
· NAD: vem da vitamina niacina
· FAD e FMN: vem da vitamina riboflavina
· NADH e FADH são moléculas carreadoras ativas
· NADH e FADH2 transferem seus elétrons para complexos carreadores presentes na membrana mitocondrial interna
· NADH e FADH2 são moléculas carreadoras ativas
· Elas transferem os hidrogênios e elétrons ao oxigênio molecular, nos complexos carreadores que estão na membrana mitocondrial interna
· O O2 recebe os H’s e elétrons sofrendo redução formando H2O. Nessa transferência ocorre:
· Liberação de energia liga ADP + P inorgânico, formando o ATP: Fosforilação oxidativa
· ATP é usado na realização de trabalho celular
Aula 2 – Metabolismo
· Bioenergética 
· Estudo fenômenos de transferência de energia para o trabalho celular dos seres vivos 
· Como a energia é capturada, transformada e produzida pelos seres vivos
· Estudo das células e organismos que usam trabalho para fazer a manutenção da vida, crescimento e reprodução como a energia é produzida e utilizada
· Trabalho químico
· Produzir componentes celulares
· Trabalho osmótico 
· Acúmulo e retenção de sais e outros compostos contra gradiente de [ ] 
· Trabalho mecânico 
· Contração muscular e movimento de flagelos
· Composição da massa do organismo humano:
· 3% N
· 18% C
· 10% H
· 65% O
· Organismos trocam energia e matéria com o meio ambiente 
· Moléculas tem energia potencial química, e parte da energia pode ser usada para fazer trabalho = energia livre (G)
· Quanto MAIOR o G menos estável mais capacidade de realizar trabalho 
· Em variações espontâneas, energia livre do sistema 
· diminui (ΔG < 0), causando um sistema mais estável, sendo que a energia livre liberada pode ser utilizada para fazer trabalho
· Energia livre de Gibbs (G) 
· A ΔG de uma reação combina efeitos da alteração de:
· Entalpia: Calor (liberado/absorvido) em uma reação química
· Entropia: Grau de desordem resultante de uma reação 
· ΔG de uma reação depende das ligações covalentes quebradas ou formadas 
· A energia de ligação depende:
· Eletronegatividade relativa entre os átomos 
· Distância dos núcleos dos elétrons 
· Carga dos núcleos 
· Números de elétrons compartilhados 
· Variação de energia livre (ΔG) 
· É a quantidade máxima que pode usar na conversão de A (reagentes) em B (produtos) 
· Reação: A B
· ΔG = GB - GA
· GA = energia livre de A (reagentes) 
· GB = energia livre de B (produtos)
· A ΔG de uma reação é um critério para ver se a reação é espontânea ou não
· Espontânea: ΔG < 0 exergônica (libera energia livre)
· Não espontânea: ΔG>0 endergônica (introduz energia livre)
· ΔG = 0 reação em equilíbrio
· Reações de transformação de energia das células segue as leis da termodinâmica:
1º lei: Princípio da conservação de energia
Energia pode ser transferida ou transformada, mas não pode ser criada nem destruída
2º lei: Universo sempre tende a desordem cada vez maior
Em cada transferência ou transformação de energia, aumenta a desordem (entropia) do universo
· Em sistemas biológicos (T e P cte) as mudanças na energia livre (G) e entalpia (H) estão relacionadas entre si pela equação:
ΔG = ΔH – T.ΔS
ΔG = alteração da energia livre (J/moles)
ΔH = alteração da entalpia
ΔS = alteração da entropia J/mol.K
T = temperatura absoluta (298 K ou 25°C)
· Acoplamento de reações 
· No metabolismo tem reações que absorvem energia livre e não são espontâneas naturalmente (reações endergônicas) 
· As reações endergônicas estão acopladas com reações exergônicas, que conseguem permitir a ocorrência das endergônicas em velocidade e quantidade necessárias para a vida 
· Um exemplo é a síntese de glicose-6-fosfato (1º passo para utilizar a glicose em organismos) 
· ΔG0 > 0 reação endergônica, não-espontânea
· Já a hidrólise de ATP em ADP é Pi é muito exergônica
· As duas reações possuem intermediários comuns, Pi e H2O, assim, podem ser expressas como sequenciais:
· Reação global é exergônica
· A energia armazenada no ATP é usada para ajudar na síntese de glicose-6-fosfato, mesmo que a sua formação a partir de glicosee fosfato inorgânico seja endergônica
· Transportadores fosfatados de alta energia valores de ΔG para a hidrólise
· ΔG não é afetado pelas enzimas
· Processos biológicos que requerem ATP:
· Bomba Na/K atpase (no rim e cérebro humano 2/3 da energia é consumida e usada pela bomba)
· Dissociação da miosina à unidade de actina e se associar com outra actina mais distante ao longo do filamento (a hidrólise do ATP que desencadeia isso) 
· Moedas energéticas
· Transdução de energia: transformar uma forma de energia (carboidrato da massa) em outra forma de energia (moeda de ATP)
· Transduções de energia nos organismos obedecem as leis da termodinâmica
· Bioenergética é o estudo quantitativo das transduções de energia nas células vivas e da natureza 
· Reações favoráveis nos sistemas biológicos:
· Hidrólise do ATP 
· Hidrólise de compostos fosforilados 
· Hidrólise de tioésteres 
· Catabolismo de biomoléculas
· Biomoléculas (ácidos graxos, carboidratos e aminoácidos) geram CO2 + H20 + Energia (ATP e calor)
· Condições anaeróbicas: catabolismo de carboidratos da energia rápida pra curtos períodos
· Condições aeróbicas: catabolismo de carboidratos, ácidos graxos e aminoácidos gera calor, e energia por longos períodos 
Aula 3 – Metabolismo de carboidratos
· Metabolismo de carboidratos: digestão, absorção, glicólise e sua regulação 
· Carboidratos 
· Função principal: fonte de energia 
· Energia usada em trabalhos de biossíntese, transporte ativo, contração e movimentos 
· Lei da conservação da energia 
· Energia não é criada nem destruída, mas sim transformada de uma forma em outra 
· Processos de liberação e conservação de energia:
· Exergônico: ΔG negativo 
· Endergônico: ΔG positivo 
· Carboidratos da dieta 
· Polissacarídeos: Amido 
· Dissacarídeos: Sacarose Gll α (1,2)-β Fru
· Junção dos monossacarídeos glicose + frutose 
· Dissacarídeo: Lactose Gal β (1,4) – Gli 
· Junção dos monossacarídeos glicose + galactose 
· Monossacarídeo: Glicose 
· Monossacarídeo: Frutose 
· Digestão e absorção de carboidratos 
· Digestão de animais monogástricos 
· Principais fontes de carboidratos:
· Polissacarídeos: amido, glicogênio e dextrinas 
· Dissacarídeos: sacarose, lactose e maltose 
· Na boca a amilase salivar (α-amilase) degrada o amido, porém a lactose e sacarose é degradada somente no intestino 
· O restante da molécula de amido que não sofre degradação na boca se chama dextrina 
· Digestão de ruminantes
· Mastigam e engolem o alimento, regurgitando o mesmo após um tempo e mastigando novamente para engolir e continuar sua digestão 
· Estômago com 4 cavidades 
· Rúmen 
· Microbiota, digestão de alimentos fibrosos 
· Retículo 
· Compactação do alimento em bolos para ser ruminado e deglutido 
· Omaso 
· Reabsorção de H2O 
· Abomaso
· Estômago verdadeiro 
· Digestão de proteínas por enzimas 
· Obs: no intestino delgado 
· Digestão com outras enzimas (pancreáticas e intestinais) 
· Principais fontes de carboidratos: celulose, hemicelulose e pectinas. Em menor quantidade amido (grãos) e dissacarídeos.
· Digestão
· Transforma carboidratos, lipídios e proteínas em monossacarídeos, ácidos graxos e glicerol, e aminoácidos as transformações ocorrem no citosol e mitocôndrias (meio intracelular) 
· Passos da digestão
· Ingestão: entrada de alimentos no organismo
· Digestão: quebra de macromoléculas 
· Absorção: passagem de macromoléculas menores para a corrente sanguínea 
· Distribuição: disponibilidade das moléculas para as células dos diferentes tecidos 
· Digestão na boca
· Mecânica: mastigação
· Química: amilase salivar (degrada amido e glicogênio em polissacarídeos menores, maltose) 
· Digestão no estômago
· Não tem digestão de carboidratos 
· Α-amilase é inativada pelo baixo pH 
· Digestão no intestino 
· Química: suco pancreático pH 8,5 – 9,0 
· Amilases pancreáticas: amido vira sacarídeos menores como a maltose, maltotriose (di e trissacarídeos de glicose) e oligossacarídeos chamados de dextrina-limite, fragmentos de amilopectina que tem pontos de ramificação α 1-6
· Enzimas do epitélio intestinal 
· Dissacaridases e α 1-6 glicosidases (enzimas que quebram a ligação α 1-6): dissacarídeos viram monossacarídeos
· Maltose e dextrinas degradadas até a glicose 
· Digestão e absorção de carboidratos 
· Dissacarídeos deve ser hidrolisado em monossacarídeo antes de entrar na célula 
· Glicose não passa de forma passiva pelos poros da membrana (peso molecular > 100), tendo seus mecanismos de transporte (ocorre na porção apical das células do intestino delgado e nos túbulos proximais renais):
· Transporte facilitado (mediado por transportadores de membrana específicos (GLUT) 
· Co-transporte com o íon sódio (SGLT)
· Os diferentes tipos de transportadores (GLUT):
· Monosacarídeos formados são transportados ativamente para as células epiteliais e vão ao ao sangue, onde são transportados aos outros tecidos, o que são fosforilados e entram na sequência glicolítica 
· Vias de utilização da glicose 
· Síntese de polímeros estruturais (sintetiza matriz extracelular e polissacarídeos da parece celular)
· Armazenamento (Virar glicogênio, amido e sacarose)
· Oxidar por glicólise (virando piruvato)
· Oxidar pela via da pentose-fosfato (virar Ribose-5-fosfato) 
· Glicólise
· Ocorre no citosol
· Glicose (6 carbonos) 2 moléculas de piruvato (cada uma com 3 carbonos) + 2 ATP + Redução de 2 NAD+ (virando 2 NADH + 2 H+) 
· Processo de quebra da glicose em 10 reações 
· Produto final: 2 piruvatos e 2 ATP
 
· Após as 10 reações sucessivas da glicose, pode acontecer a formação do piruvato em:
· Condições anaeróbicas: Fermentação lática, formando 2 moléculas de lactato (=ácido lático) momentos de exercício físico rigoroso ocorre em hemácias e em outras células e micro-organismos 
· Condições anaeróbicas ou hipóxia: Forma 2 etanol + 2CO2 fermentação até etanol na levedura
· Condições aeróbicas: Forma 2 Acetil-CoA O Acetil-CoA entra no ciclo de Krebs (que forma hidrogênios e elétrons ricos em energia, formando coenzimas NADH e FADH2, que levarão os hidrogênios e elétrons para a cadeia respiratória, transferindo eles até o O2 molecular, recebendo eles e formando 4H2O e 4CO2) 
· Dividida em 2 etapas:
1) Etapa preparatória
· Prepara a glicólise é fosforilada (recebe P)
· Glicose preparada para o catabolismo 
· Hexoses (como frutose, galactose e manose) também podem entrar na fase preparatória 
· De glicose para Gliceraldeído 3-fosfato 
· Gasta 2 ATP
2) Etapa de pagamento ou compensação ou preservadora de energia 
· Gliceraldeído 3-fosfato vira piruvato 
· Forma 4 ATP 
· Libera 2 NADH+ + H+ 
· Fase preparatória da glicólise 
· 1ª reação: Fosforilação da glicose 
· Irreversível 
· Grupo fosfato vem da quebra do ATP( ADP+P)
· Enzima hexoquinase (ΔG0 = -16,7 kj/mol) reação exergônica, espontânea
· Hexo (hexoses D-glicose, D-manose, D-frutose) 
· Quinase: subclasse das transferases 
· Hexoquinase é uma enzima reguladora. Inibida quando tem excesso de glicose-6P (regulação alostérica retroinibição)
· Glicoquinase (fígado): específica para D-glicose, não sendo inibida por glicose-6P Valor de Km para glicose maior que a hexoquinase (maior o Km, menor a afinidade). Fica ativa depois de refeições ricas em açúcar, convertendo excesso de glicose em glicose 6P, sendo armazenado como glicogênio 
· 2ª reação: Isomerização da glicose-6-fosfato em frutose-6-fosfato 
· Enzima: Fosfoglicose isomerase (ΔG0 = 1,7 kj/mol)
· Converte aldose em cetose 
· 3ª reação: Fosforilação da frutose-6-fosfato em frutose 1,6 difosfato 
· Irreversível 
· Adição de outro fosfato 
· Enzima Fosfofrutoquinase-1 (ΔG0 = -14,2 kj/ mol)
· Acelerada por baixas [ ] de ATP ou altas [ ] de produtos de ATP ou altas [ ] de produtos do ATP, que são o ADP 
· AMP é inibida por altas [ ] de ATP, citrato ou ácidos graxos
· Se sobra citrato ou ácido graxo significa que está sobrando energia 
· Ponto de regulação 
· A enzima é regulatória 
· 4ª reação: clivagem da frutose 1-6-difosfato em gliceraldeído 3P e diidroxiacetona P 
· Enzima Aldolase(ΔG0 = 23,8 kj/mol) endergônica, não-espontânea
· Divide a frutose 1,6-difosfato em diidroxicetona fosfato + gliceraldeído 3-fosfato 
· 5ª reação: Isomerização da diidroxiacetona-fosfato 
· Enzima: Triose fosfato isomerase (ΔG0 = 7,5 kj/mol) 
· As 2 “metades” da glicose geram gliceraldeído 3- fosfato (tendo 2 moléculas de gliceraldeído 3- fosfato)
 
· Fase de compensação ou preservadora de energia 
· 6ª reação: Pxidação do gliceraldeído-3-fosfato 
· Gliceraldeído-3-fosfato passa por reações formando 2 moléculas de piruvato (NADH+ + H+) e liberação de 2 ATP 
· Enzima: Gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase (ΔG0 = 6,3 kj/mol) 
· A coenzima NAD+ é ajudante da enzima 
· As 2 moléculas de Gliceraldeído-3-fosfato vão sofrer uma desidrogenação e oxidação formando 1,3 -bifosfoglicerato 
· Enzima tira “H” do Gliceraldeído-3-fosfato, que é captado pelo NAD+, sofrendo redução e formando NADH+ + H+
· Gliceraldeído-3-fosfato sofre oxidação e o NAD+ redução (por ganhar o hidrogênio)
· 7ª reação: Síntese do 3-fosfoglicerato com produção de ATP 
· Enzima: Fosfoglicerato quinase (ΔG0 = -18,5 kj/mol) 
· O 1,3 – bifosfoglicerrato é um composto que está carregando uma ligação fosfato de alta energia. Esta será quebrada se juntará com o ADP (adenosina trifosfato), virando ATP (adenosina trifosfato).
· A geração de ATP ocorre pela transferência do grupo fosforil de alta energia do grubo carboxil para o ADP, formando ATP 
· Fosforilação ao nível de substrato: processo de produção de ATP acoplada à transformação enzimática de um substrato 
· 8ª reação: Conversão do 3-fosfoglicerato em 2-fosfoglicerato 
· Ocorre somente o deslocamento do grupo fosfato do carbono 3 para o carbono 2 
· Enzima: Fosfoglicerato mutase (ΔG0 = 4,4 kj/mol)
· 9ª reação: Desidratação do 2-fosfoglicerato 
· Enzima: Enolase (ΔG0 = 7,5 kj/mol) 
· Forma um composto fosfatado de alta energia 
· 10ª reação: Formação do piruvato com produção de ATP 
· Reação irreversível 
· Enzima: Piruvato quinase (ΔG0 = -31,4 kj/mol) reação espontânea 
· Transferência do grupo fosfato do Fosfoenolpiruvato para o ADP formando ATP mais piruvato 
· Geração de ATP – Fosforilação à nível de substrato (formação de ATP acoplado a transformação enzimática de um substrato em outro) 
· Formação de 2 moléculas de piruvato 
· Balanço energético da glicólise
· 1ª fase: gasto de 2 ATP
· 2ª fase: formação de 4 ATP (mas foi gasto 2) e 2 NADH + H+
· Lucro de 2 ATPs
· Transformações líquidas na glicólise:
· Conversão: Glicose 2 piruvato 
· Fosforilação: 2 ADP 2 ATP 
· Redução: 2 NAD+ 2 NADH
· Reação exergônica 
Aula 4 – Metabolismo dos carboidratos
· Destinos do piruvato formado:
· Fermentação 
· Respiração 
· Fermentação láctica ou glicólise anaeróbica (em condições anaeróbicas):
· 2 Piruvato forma 2 moléculas de Lactato 
· Enzima: Lactato desidrogenase (LDH) (ΔG0 = -25,1 kj/mol) 
· Fermentação recompõem o NAD+ para a continuidade da glicólise 
· Ocorre em:
· Músculo em contração vigorosa (quando o O2 não pode ser transportado aos músculos o suficiente para oxidar o piruvato)
· Fibras musculares brancas (contração rápida) 
· Fibras musculares em geral (esforço intenso)
· Hemácias (hemácia não tem mitocôndria)
· Outras células do organismo 
· Outros microrganismos
· Em condições de hipóxia (baixo O2 ou anaerobiose):
· NADH gerado pela glicólise não pode ser reoxidado pelo O2 
· A falha na regeneração de NAD+ deixa a célula carente de aceptor de elétrons para a oxidação de gliceraldeído-3-fosfato, e as reações geradoras de energia da glicólise cessariam. Portando, NAD+ deve ser regenerado
· A maioria dos organismos modernos reteve a capacidade de regenerar NAD+ continuamente durante a glicólise anaeróbica pela transferência de elétrons do NADH para formar um produto final reduzido, como lactato ou etanol (nos microrganismos)
· O NADH + 2H+ tem que regenerar (pela oxidação) em NAD+ (sendo esses usados em novas reações), isto ocorre quando em condições anaeróbicas, o piruvato (é desidrogenado e é reduzido) vai ser transformado em lactato
· Reação geral na glicólise anaeróbica:
Glicólise + 2Pi + 2 ADP 2 Lactato + 2 ATP + 2 H2O
· Embora a glicólise anaeróbica produza pouca energia, é uma fonte energética valiosa para tecidos, onde o suprimento de O2 é baixo ou tecidos com pouca ou nenhuma mitocôndria 
· Tecidos com baixo suprimento de O2: tecido cardíaco após infarto do miocárdio, tecidos (geral) após choque ou hemorragias
· Tecidos com pouca/nenhuma mitocôndria: hemácias (produzem lactato a partir da glicose mesmo em condições aeróbicas) e fibras musculares brancas 
· A dosagem de lactato no sangue é importante para detectar infarto hemorragia, choques...
· Lactato formado por essas células pode ser reciclado, transportado do sangue ao fígado, sendo onde é convertido em glicose (produção de açúcar a partir de um composto que não é açúcar processo de gliconeogênese) 
Minuto
· Animais como Atletas, jacarés e celacantos tem glicólise em [ ] limitantes de oxigênio, fazendo a glicólise anaeróbica
· Andorinhas (pássaro migratório) são vertebrados pequenos que conseguem transportar oxigênio aos músculos rápido o suficiente para evitar o uso anaeróbico de glicogênio muscular. Animais de grande porte não conseguem sustentar o metabolismo 
aeróbio nos músculos esqueléticos por longos períodos de atividade muscular intensa
· Contração de lactato durante atividade muscular intensa (maratona): 
· Início da maratona: alta [ ] de lactato por causa da baixa velocidade de circulação sanguínea nos tecidos (baixo O2 nos músculos) os músculos precisam da via glicolítica para produzir ATP 
· Meio da maratona: [ ] baixa de lactato, sua produção diminui pois o piruvato vai ser usado pelo metabolismo aeróbico 
· Fim da maratona: alta [ ] de lactato devido o O2 tecidual estar baixo e cessa o metabolismo aeróbico. O piruvato volta a ser usado pela fermentação lática gerando lactato
· Fibras musculares lentas 
· Fibras pequenas 
· Inervadas por fibras nervosas pequenas
· Alto suprimento capilar [O2] 
· Oxidação elevada
· Muitas mitocôndrias favorece catabolismo aeróbico
· Mioglobina 
· Músculo vermelho 
· Piruvato é usado pela enzima piruvato desidrogenase na mitocôndria 
· Fibra muscular rápida 
· Fibras grandes 
· Grande capacidade de [ ] 
· Retículo sarcoplasmático extenso
· Facilidade em liberar Ca++
· Muitas enzimas glicolíticas 
· Menor suprimento de sangue (oxidação é secundária) 
· Menor n° de mitocôndrias 
· Músculo branco 
· Piruvato sendo usado pela fermentação lática no citosol 
· Fermentação alcóolica 
· Piruvato é transformado em etanol e CO2 
· Realizada por microrganismos 
· Piruvato vira acetaldeído que vai sofrer desidrogenação formando etanol e CO2 
· Ocorre na fabricação da cerveja, vodka, whisky 
· Regulação da via glicolítica 
· Corpo regula-se a sua condição metabólica 
· Alimentando x jejum, repouso x exercício 
· Como é regulada a via glicolítica?
· Consumo de ATP 
· Necessidade dos intermediários 
· Regeneração de NADH 
· Regulação alostérica 
· Regulação por hormônios: glucagon, insulina e adrenalina 
· Regulação por variações na expressão dos genes das enzimas 
· Regulação alostérica da via glicolítica 
· 3 enzimas reguladoras (tem 10 enzimas reações catalisadas por enzimas, mas só 3 são regulatórias):
1) Hexoquinase: catalisa a transformação da glicose glicose 6-fosfato 
2) Fosfofrutpquinase 1 (PKF1): frutose 6-fosfato frutose 1,6-bifosfato 
3) Piruvato quinase: Fosfoenolpiruvato piruvato 
· A glicose 6-fosfato consegue inibir a hexoquinase
· Citrato e ATP consegue inibir a fosfofrutoquinase 1 
· Acetil-CoA e ácidos graxos inibem o piruvato quinase 
· Regulação alostérica da hexoquinase 
· 1° ponto da regulação da via glicolítica 
· Glicose-6-fosfato (G6P) é tanto substrato como regulador alostérico (tem [ ] de G6P no sangue). O excesso de G6P começa a inibir temporariamente e reversivelmente a atividade da hexoquinase, levando a velocidade de sua formação a um equilíbrio com a sua utilização 
· Existem 4 tipos de hexoquinase. Mas todas elas são isoenzimas.· A constante Km da glicocinase em comparação com a hexoquinase 1, 2 e 3 é maior, logo a afinidade pelo substrato é mais baixa
· A glicocinase entra em atividade após uma refeição rica em açúcar
· A Isoenzima glicoquinase (presente no hepatócito) é inibida pela frutose-6-fosfato e mediada por uma proteína reguladora 
· Como a glicoquinase tem Km maior que a hexoquinase ela torna-se saturada em altas [ ] de glicose. Desta forma, quando a glicemia está alta depois de uma alta ingestão de carboidratos, a glicoquinase converte a alta [ ] de glicose em glicose-6-fosfato
· Hexoquinase curva hiperbólica 
· Glicoquinase curva sigmoidal 
· Insulina aumenta a biossíntese de glicoquinase enquanto a diabetes diminui a atividade da glicoquinase 
· Glicose em excesso estimula a saída da Hexoquinase IV do núcleo 
· Aumento da frutose-6-fosfato estimula o retorno da hexoquinase IV ao núcleo 
· Regulação alostérica da fosfofrutoquinase 
· Catalisa a transformação da frutose-6-fosfato em frutose-1,6-bifosfato 
· 2° ponto de regulação da via glicolítica 
· Enzima fosfofrutoquinase – 1 (catalisa a transformação) é inibida por excesso de ATP e citrato diminui a velocidade da via glicolítica 
· A presença de ADP e AMP (produtos resultantes da quebra do ATP) ativam a fosfofrutoquinase – 1 aumenta a velocidade da via glicolítica 
· O inverso desta reação faz parte da gliconeogênese (processo que sintetiza glicose a partir de compostos não-açúcares) São duas vias alternativas, quando uma está ativa a outra tem que estar inibida 
· O composto frutose 2,6-bifosfato (F26BP)
· Sintetizada e localizada no fígado 
· Controla a atividade da glicólise e glicogênese 
· É um efetor positivo da fosfofrutocinase-1 (PFK1) (= ativa a via glicolítica), produzida pela PFK 2 não é um intermediário da glicólise e não participa da via metabólica específica 
· A frutose-2,6-bifosfato é degradada pela frutosebifosfatada 2 (FBPase-2) 
 
· F26BP consegue ativar a PFK1 (enzima que transforma a frutose-6-fosfato em frutose 1,6-bifosfato, na glicólise) e consegue inibir a frutose 1,6 – bifosfatase- 2
· F26BP é sintetizado por essa enzima bifuncional (PFK-2 e FBPase 2) 
· Insulina: ativa a quinase da enzima bifuncional (PFK-2) insulina ativa a formação da frutose 26bifosfato, ativando a via glicolítica 
· Glucagon: atividade fosfatase da enzima bifuncional (FBPase-2) glucagon inibe a formação da frutose 26bifostato, inibindo a via glicolítica 
· Regulação alostérica da piruvato quinase 
· 3° ponto de regulação da via glicolítica 
· Converte o fosfenolpiruvato em piruvato
· Presença de ATP inibe atividade da enzima (quando ligado na enzima diminui a afinidade da enzima pelo fosfoenolpiruvato)
· Presença de frutose 1,6-bifosfato aumenta a atividade da enzima
· Enzima inibida por ATP, Acetil-CoA e ácidos graxos de cadeia longa (componentes indicadores de energia)
· Inibição por modificação covalente: Inibição por fosforilação dependente de AMPc (efeito do glucagon)
· Ativador alostérico (ativadores da enzima): AMP, PEP, Frutose 1,6bifosfato
Aula 5 – Entrada de outros carboidratos na via glicolítica
· Outros açúcares (além da glicose) podem entrar na via glicolítica e liberar energia
· Lactose (glicose + galactose)
· Sacarose (glicose + frutose)
· Glicogênio muscular e hepático (glicose + glicose) 
· Catabolismo do glicogênio endógeno 
· Fontes de glicogênio 
· Exógeno: dieta 
· Endógeno: Armazenado no fígado e no músculo em forma de grânulos 
· Catabolismo do glicogênio hepático:
· Mantém a glicose sanguínea -normoglicemia 
· Catabolismo do glicogênio muscular:
· Dar moléculas de glicose para trabalho muscular 
· Catabolismo de glicogênio:
· Glicogenólise (= quebra do glicogênio)
· Estrutura do glicogênio 
· Muito ramificado – pontos com ligação α 1-6
· Polissacarídeo – ligações do tipo α 1-4
· Ramificações tem extremidades não-redutoras 
· Enzimas da glicogenólise (a partir do glicogênio endógeno) 
· Glicogênio fosforilase: 
· Cliva ligações tipo α 1-4, pela extremidade não redutora através da fosforólise até sobrar 4 resíduos de glicose 
· Produz glicose-1-fosfato
· Enzima de desramificação 
· Desloca 3 resíduos de glicose para a extremidade não-redutora e cliva pela hidrólise de uma ligação do tipo α 1-6. Produz glicose
· Enzima fosfoglicomutase 
· Converte glicose-1-fosfato em glicose-6-fosfato
· Intermediário da via glicolítica 
· Conversão da glicose-6-fosfato em glicose 
· Etapa exclusivamente hepática (por causa da enzima glicose-6-fosfatase) 
· Após a conversão em glicose, ela é transportada por moléculas transportadoras sai das células hepáticas e vai ao sangue mantendo os níveis de glicose livre 
· Glicogenólise muscular
· Importante para sustentar o trabalho muscular anaeróbico 
· Não tem etapa catalisada por enzima glicose-6-fosfatase 
· Glicogenólise no trabalho muscular anaeróbico:
· Glicogênio glicose-1-fosfato glicose-6-fosfato via glicolítica piruvato fermentação lática (para regenerar NAD+ para a via glicolítica muscular) 
· Catabolismo da sacarose 
· Sacarase intestinal hidrolisa a sacarose, que vira glicose e frutose 
· Glicose e frutose absorvidas pelo intestino cai na corrente sanguínea 
· A entrada de frutose nas células independe de insulina (a entrada da glicose depende!), logo não promove a secreção de insulina
· Frutose pode fazer energia? Frutose pode ser:
· Convertida em intermédios da via glicolítica, assim usada na geração de energia 
· Catabolismo da frutose:
· Reação que depende de ATP
· Acontece no fígado
· Etapas do catabolismo da frutose: 
· Fosforilação da frutose no C1: frutoquinase 
· Clivagem da frutose-1-fosfato: aldose 
· Conversão dos intermediários em gliceraldeído-3-fosfato (intermediário da via glicolítica)
· Nos músculos e rins:
· Frutose é fosforilada a frutose-6-fosfato (intermediário da via glicolítica): hexoquinase
· Catabolismo da lactose 
· Lactase intestinal hidrolisa lactose liberando galactose e glicose 
· Glicose e galactose são absorvidas no intestino 
· Galactose entra na célula independente de insulina
· Galactose usada para ser energia:
· Galactose pode virar glicose-6-fosfato (intermediário da via glicolítica) 
· Catabolismo da galactose:
· Fosforilação da galactose no C1: galactoquinase 
· Formação de UDP-galactose em glicose-1P: uridiltransferase 
· Conversão de UDP-galactose em UDP-glicose: epimerase 
· UDP-glicose reage com galactose-1-fosfato (da etapa 1) formando glicose-1-fosfato e UDP- galactose: uridiltransferase 
· Glicose-1-fosfato é convertida em glicose-6-fosfato (intermediário da via glicolítica): fosfoglicomutase 
· Intolerância a lactose:
· Determinado geneticamente 
· Perda de atividade da enzima lactase 
· Sintomas: gazes, diarréia cólicas e desconforto abdominal 
· Tratamento: evitar lácteos e uso de auxiliares digestivos (lactase em pílulas)
· Hipótese da intolerância a lactose nos adultos:
· A diminuição da ingestão de leite diminui a quantidade de lactases no intestino, causando uma diminuição na sequência de DNA do cromossomo 3 que controla a expressão da lactase 
Complexo da piruvato desidrogenase e o ciclo de ácido cítrico ou ciclo de Krebs
· Respiração celular 
· Processo de obtenção de energia das células aeróbicas a partir da oxidação das moléculas combustíveis pelo O2
· Libera mais energia do que processo anaeróbico 
· Estágios da respiração celular:
1) Carboidratos, ácidos graxos e aminoácidos sofrem oxidação até virar acetil-CoA 
2) Acetil-CoA vai ao ciclo de Krebs, que degrada enzimaticamente, liberando átomos de H ricos em energia e CO2 
3) Átomos de H separam-se em prótons e elétrons ricos em energia. Os elétrons vão para uma cadeia transportadora de elétrons (cadeia respiratória) até o oxigênio molecular que é reduzido e forma água. Neste transporte de elétrons, ocorre libração de grandes quantidades de energia na forma de ATP, em um processo chamado de fosforilação oxidativa.
· Oxidação dos carboidratos ocorre em várias etapas:
· É necessáriopequena energia de ativação superada pela temperatura corporal 
· A energia livre é armazenada em moléculas carreadoras ativadas (ATP, NADH, NADPH e FADH2)
· A energia livre chega até ser CO2 + H2O
· Se ocorre queima direta do açúcar, toda a sua energia é liberada em forma de calor, não sendo utilizada
· Nas reações de bioenergética celular, elétrons ricos em energia como NADH e FADH2 são transferidos para a cadeia respiratória, onde ocorre a fosforilação oxidativa e produção de muito mais ATP
· Reações que correm dentro da mitocôndria 
· Oxidação do piruvato 
· Piruvato (que estava no citoplasma) entra por transporte ativo na mitocôndria.
· Na matriz mitocondrial o piruvato é transformado em acetil-CoA reação catalisada pelo complexo da piruvato-desidrogenase 
· Tem 3 enzimas:
1) Piruvato-desidrogenase (E1)
2) Di-hidrolipoil-transacetilase (E2)
3) Di-hifrolipoil-desidrogenase (E3)
· Piruvato é desidrogenado e oxidado em aceil-CoA 
· O NAD+ tira H do piruvato, sofrendo redução e se tornando NADH 
· O acetil-CoA:
· Ciclo de Krebs na matriz mitocondrial:
· Via central comum de degradação de carboidratos, lipídios e proteínas tudo vir acetil-COA entra no ciclo de Krebs 
· Mecanismo onde a energia livre é liberada na oxidação, sendo disponível para outros processos 
· Função do ciclo de Krebs:
· Colheita de elétrons de alta energia das substâncias energéticas carbonadas
· Divisão do ciclo de Krebs:
· Oxidação do Acetil-CoA
· Regeneração do oxaloacetato
· 1ª reação:
· Condensação da Acetil-CoA com o oxaloacetato formando citrato 
· Enzima: Citrato sintase 
· 2ª reação:
· Conversão do citrato em isocitrato 
· Enzima: aconitase 
· Reação de isomerização em que no início remove a água (desidratação), que será adicionada novamente depois (reidratação), o que move o grupo hidroxila de um átomo de C para o seu vizinho 
· 3ª reação:
· Desidrogenação do isocitrato, formando α-cetoglutarato 
· Enzima: Isocitrato desidrogenase 
· É a 1ª reação de óxido-redução do ciclo de Krebs
· Também acontece a descarboxilação 
· O NAD+ é a coenzima dessa desidrogenase, que recebe os H e reduz formando NADH + H+
· 4ª reação: 
· Descarboxilação oxidativa do α-cetoglutarato em sucinil-CoA
· Complexo α-cetoglutarato-desidrogenase tem muita semelhança com o complexo que converte piruvato em acetil-CoA (piruvato– desidrogenase). Da mesma forma, ele catalisa uma oxidação que produz NADH, CO2 (descarboxilação) e uma ligação tipo éster, rica em energia com a coenzima A (CoA) 
· Complexo: α-cetoglutarato-desidrogenase
· α-cetoglutarato é oxidado até sucinil-CoA
· NAD+ é reduzido até NADH + H+ 
· Descarboxilação = perda de CO2 CO2 expirado pelos seres 
· 5ª reação:
· Conversão do sucinil-COA em succinato, com a fosforilação da guanosina difosfato (GDP) à guanosina trifosfato (GTP) 
· Enzima: Succinil- CoA sintase 
· Fosforilação ao nível de substrato (transformação de um substrato em outro através de uma enzima)
· Transformação do sucinil-CoA libera energia suficiente para pegar P inorgânico + GDP e formar GTP (GTP tem mesma quantidade energética do ATP)
 
· 6ª reação:
· Desidrogenação do succinato em fumarato 
· Na 3ª reação do ciclo, o FAD recebe 2 átomos de H do succinato e sofre redução, formando FADH2 (FADH2 = rico em energia, entrega seus elétrons para a cadeia respiratória)
· Coenzima: FAD (derivado de vitamina)
· Enzima: succinato desidrogenase 
· 7ª reação:
· Hidratação do fumarato em malato 
· Adição de água (hidratação) no fumarato coloca um grupo hidroxila próximo a um carbono de carbonila
· Enzima: fumarase 
· 8ª reação:
· Desidrogenação do malato em oxaloacetato 
· Na última das 4 etapas da oxidação do ciclo, o carbono que carrega o grupo hidroxila é convertido em um grupo carbonila, regenerando o oxaloacetato necessário para a etapa 1
· NAD+ recebe o H e sofre redução formando o NADH + H+ 
· Enzima: Malato desidrogenase (desidrogenação) 
· O ciclo do ácido cítrico:
· Rendimento de 1 GTP (ATP) por volta
· 3 NADH, 1 FADH2, 2 CO2 como são 2 acetil-CoA, é preciso duas voltas no ciclo de Krebs 
· Ciclo de Krebs é via anfibólica:
· Participa de vias catabólicas (degrada Acetil-CoA) e anabólicas (vias de biossíntese) 
· É uma via de convergência para onde é direcionado o acetil-CoA formado do piruvato (glicólise), da degradação dos ácidos graxos e alguns aminoácidos 
· Intermediários do ciclo são usados como precursores na biossíntese de aminoácidos e outras biomoléculas 
· Citrato ácidos graxos e esteróis 
· α-cetoglutarato glutamato (que vira glutamina,albumina, arginina... = aminoácidos)
· sucinil-CoA porfirinas, grupamento heme (formar hemoglobina) 
· Oxaloacetato Aspartato, asparagina pirimidinas 
· Oxaloacetato fosfoenolpiruvato (PEP) = serina, glicina, cisteína,fenilalanina, tirosina, triptofano (aminoácidos) e glicose 
· Reações anapleróticas 
· Reações de reposição de intermediários do ciclo de Krebs 
· Em condições normais: tem um equilíbrio dinâmico nas reações que desviam os intermediários a outras vias e repõem, de modo que as [ ] dos intermediários do ciclo de Krebs fiquem constantes 
· Pontos de regulação do ciclo de Krebs
· Complexo piruvato desidrogenase 
· Regulação alostérica: 
· Inibida por metabóitos: ATP, acetil-CoA, NADH e ácidos graxos 
· Citrato sintase, isocitrato desidrogenase, A cetoglutarato desidrogenase 
· Controle por modificação covalente:
· Muito ATP = célula não precisar mais de acetil-CoA, então o ATP estimula o piruvato desidrogenase quinase, fosforilando a piruvato desidrogenase, ficando inativa. Quando tem popuco ATP a piruvato desidrogenase é desfosforilada, ficando ativa
· Inativação: fosforilação reversível em resíduos de serina da enzima E1 
· Ativação: desfosforilação por fosfoproteína fosfatase específica 
· Enzima citrato sintase:
· Inibida: ATP, citrato NADH e succinil-CoA 
· Estimulada: ADP, NAD+, CoA
· Citrato pode sair ao citosol e funcional como inibidor alostérico da glicólise (enzima fosfofrutocinase-1) 
· Enzima isocitrato-desidrogenase e α-cetoglutarato-desidrogenase 
· Enzimas catalisam reações altamente exergônicas, estando comprometidas em reações de óxido-redução 
· O NADH e FADH2 gerados no metabolismo aeróbico da glicose vão para a cadeia respiratória 
Cadeia respiratória e fosforilação oxidativa
· Cadeia transportadora de elétrons 
· Elétrons são transferidos para NAD+ e FAD nas reações de oxidação dos substratos (carboidratos lipídeos, proteínas), gerando NADH + H+ e FADH2 
· O NADH e FADH2 vão para a cadeia respiratória 
· Cadeia respiratória 
· NADH + H+ e FADH2 transfere elétrons que fazem parte de uma sequência de oxidação-redução em centros redox, distribuídos em 4 complexos enzimáticos, na cadeira respiratória, antes de reduzir a O2 e formar H2O 
· Local: cristas mitocondriais ou membrana mitocondrial interna 
· O2 é o aceptor final de elétrons 
· Definição: Uma série de transportadores de elétrons que agem sequencialmente, sendo a maioria proteínas integrais de membrana com grupos prostéticos capazes de doar ou receber elétrons 
· Componentes da cadeia respiratória:
· NADH entrega seus elétrons para uma flavoproteína (E-FMN) Complexo I: NADH-CoQ-oxidorredutase 
· Complexo II: Succinato-CoQ-oxidorredutase 
· Complexo III: CoQH2 – citocromo c oxidorredutase 
· Complexo IV: Citocromo-oxidase 
· Na matriz mitocondrial tem:
· Complexo da piruvato desidrogenase:
· Enzimas do CK
· Enzimas do metabolismo de ácidos graxos e aminoácidos 
· ATP 
· ADP
· P
· Mg2+
· Ca2+
· K+
· Na membrana mitocondrial interna:
· Impermeável a maioria das pequenas moléculas e íons, incluindo H+ 
· Contém a cadeia respiratória 
· Tem complexo ATP-ADP translocase e a ATP sintase 
· A mitocôndria
· Membrana externa da mitocôndria:
· 60 – 70% de proteínas (destaque: porinas, permite a difusão de moléculas relativamente grandes, aproximadamente 10 kDa) 
· Membrana interna da mitocôndria:
· 80% proteínas 
· Permeável a O2, CO2 e H2O 
· Tem proteínas transportadoras de metabólitos, como ATP, ADP, piruvato, Ca2+ e fosfato 
· Apermeabilidade da membrana interna permite a geração de gradiente de íons (diferença de [ ] dos íons entre a face externa e a interna) e a compartimentalização das funções metabólicas do citosol e da mitocôndria 
· Reações de óxido-redução 
· Reações onde os elétrons são transferidos de uma molécula para a outra 
· Molécula que doa o elétron: agente redutor
· Molécula que recebe o elétron: agente oxidante 
· Funciona como pares conjugados de óxido-redução (Par redox)
· Agente redutor provoca redução e sofre oxidação
· Agente oxidante provoca oxidação e sofre redução
· Oxidação = perde elétrons, aumenta Nox
· Redução = ganha elétrons, diminui Nox
· Potencial padrão de óxido-redução – Eo’: facilidade que um par redox conjugado perde um elétron 
· Quanto mais negativo o Eo’ = menor afinidade por elétrons e maior tendência de doar elétrons 
· Quanto mais positivo Eo’: maior a afinidade por elétrons e maior a tendência de receber elétrons 
· Oxigênio: aceptor final de elétrons 
· Os componentes da cadeia respiratória estão organizados de acordo com seu potencial de óxido-redução
· A sequência dos carreadores de elétrons segue os potenciais de redução reativos (do menor para o maior potencial de padrão de redução), sendo processo total do transporte de elétrons exergônico (libera energia) 
· Quanto mais negativo = maior tendência de doar elétrons 
· Quanto mais positivo = maior tendência de receber elétrons
· Componentes da cadeia transportadora de elétrons:
· São proteínas transportadoras de elétrons insolúveis em água e estão embebidas na membrana mitocondrial interna
· Componentes fixos:
· Complexo I
· Complexo II
· Complexo III
· Complexo IV 
· Componentes móveis:
· Citocromo C
· Coenzima Q (ou ubiquinona) 
· Grupo prostéticos dos citocromos:
· Complexo I: NADH: ubiquinonaoxidorredutase 
· Começa com os pares de elétrons que entram na cadeia respiratória: Ação de desidrogenases que usam o NAD+ ou NADP+ como aceptor de elétrons 
· Neste complexo I acontece a oxidação do NADH+H+ NAD+ (remoção dos elétrons) 
· Os elétrons (2 elétrons) são transferidos pelo cofator FMN (flavina mononucleotídeo) e de vários centros de Fe-S (Fe-4S) até a coenzima Q ou ubiquinona – não faz parte do complexo I, é uma coenzima móvel 
· A Coenzima Q recebe os elétrons e capta da matriz mitocondrial 2 H+ sendo convertida em QH2 (coenzima reduzida) 
· 4H+ são exportados para o espaço intermembrana para cada NAD+H+ oxidado 
· Fornece 40% da força próton-motriz gerada pela CR
· Atua como bomba de prótons 
NADH + H+ + Q NAD+ + QH2 (QH2 = forma reduzida)
4H+ são exportados para o espaço intermembrana 
· Complexo II: Succinato desidrogenase 
· Ocorre a oxidação do FADH2 FAD (remoção dos elétrons) 
· Os 2 elétrons são transferidos através dos centros contendo Fe-S e do citocromo b650 até a coenzima Q (que não faz parte do complexo II, ela é móvel) 
· Os prótons (2H+) vindos do FADH2 são liberados na matriz mitocondrial (não contribui para a formação do gradiente de prótons) 
· A succinato desidrogenase é uma enzima do ciclo de Krebs (etapa 6), faz o FAD captar os H e virar FADH2
· Coenzima Q recebe elétrons e capta da matriz mitocondrial 2H+ sendo convertida em QH2 (coenzima reduzida) 
FADH2 + Q FAD + QH2 
 
· Complexo III: Coenzima Q – citocromo c oxidorredutase 
· Oxidação da QH2 Q (remoção dos elétrons)
· Os 2 elétrons são removidos, um de cada vez pelo ciclo Q 
· Os elétrons são transferidos pelos centros de Fe-S aos citocromos b e depois ao c1 que vai até o citocromo c (que é um citocromo móvel) 
· Os citocromos não transportam H+, apenas elétrons (e por vez). Depois que recebe os elétrons, sofre redução
QH2 + 2Cit coxi Q + 2 Cit cred 
4H+ exportados para o espaço intermembrana
A ubiquinona e o local dos elétrons nela:
· Complexo IV: Citocromo c oxidase 
· Ocorre a oxidação do 2 Cit cred 2Cit coxi (oxidação do citocromo c) 
· Os elétrons são transferidos pelos centros que tem Cu e Fe-Cu até o O2 (aceptor final de elétron), que sofre redução, formando o H2O 
2 Cit cred + ½ O2 2 Cit coxi + H2O 
2H+ exportados para o espaço intermembrana 
· Resumo:
· Durante a transferência de elétrons (Complexo I, II, III e IV):
· Diminui a energia livre 
· O próton que é bombeado para o espaço intermembrana não consegue retornar para matriz mitocondrial sozinha. Assim, eles voltam somente através do complexo V (- ATP sintase)
· Retorno do próton ocorre a fosforilação oxidativa 
· Local de síntese de ATP
· Fosforilação oxidativa (Força próton motriz) 
· Final da cadeia transportadora de elétrons: prótons H+ são bombardeados da matriz mitocondrial (lado negativo) para o espaço intermembrana (lado positivo) bombardeamento faz que a matriz mitocondrial fique mais negativa que o espaço intermembrana (que está com mais cargas positivas, principalmente o H+) gera diferença de potencial elétrico pH mais ácido no espaço intermembrana (gera diferença de potencial químico, pH) 2 situações impulsionam a síntese de ATP 
· Hipótese quimiosmótica (Mitchell, 1961) hipótese da fosforilação 
· Fosforilação oxidativa é a produção de ATP pelo ADP + Pi, acoplada ao transporte de elétrons pela cadeia respiratória até o O2 
· Prótons no espaço intermembrana não podem atravessar a membrana interna 
· ATP é produzido quando os H+ voltam para a matriz mitocondrial por meio da enzima ATP sintase 
· Na passagem de elétrons da cadeia respiratória, tem 3 sítios que da energia para a síntese de ATP a partir do ADP + Pi fosforilação oxidativa 
· Sítio 1) entre E-FMN – CoQ
· Sítio 2) entre Cit b – Cit c1
· Sítio 3) entre Cit aa3 – O2
· Para cada NADH + H+ que entra na cadeia respiratória produz 2,5 ATP (pois passa por 3 sítios) 
· Cada FADH2 produz 1,5 ATP (pois passa por 2 sítios) 
· ATP sintase – Complexo V
· Composta por 2 domínios:
· F1: projetado para a matriz mitocondrial (subunidade 1 α, 3 β, 1 γ e 1 ε)
· F2: formado por proteína transmembrana, responsável pelo fluxo de H+ pela membrana interna (embebida na membrana), tem um local de ligação a oligomicina (inibidor de ATP sintase). O F1 liga-se no F0 por um bastão 
 
· O ATP sintase converte a energia eletroquímica em energia mecânica, utilizada para síntese de energia química na forma de ATP 
· Uso dos desacopladores e inibidores da cadeia respiratória ajudam na síntese de ATP
· Resumo da teoria quimiosmótica:
· Elétrons do NADH, FADH2 e outros substratos oxidáveis passam através da cadeia respiratória. O fluxo de elétrons é acompanhado pela transferência de prótons através da membrana mitocondrial, produzindo um gradiente químico (∆pH) e elétrico (∆potencial elétrico), que gera a força próton-motriz. A membrana interna da mitocôndria é impermeável a prótons, que podem retornar a matriz somente através de canais específicos para prótons (Fo da ATP sintase). A força próton–motriz que dirige os prótons de volta à matriz providencia energia para síntese de ATP, catalisada pela ATP Sintase, num processo chamado de Fosforilação Oxidativa
· Desacopladores
· São sais hidrofóbicos fracos cuja hidrofobicidade permite que eles difundem facilmente pela membrana mitocondrial 
· Compostos que conseguem dissipar o gradiente de H+ pela membrana, são moléculas que captam H+ no espaço intermembrana e libera na matriz ou proteínas que foram poros na membrana 
· A transferência de elétrons não é interrompida porém não tem síntese de ATP
· Energia é dissipada como calor 
· Ação do 2,4-dinitrofenol (DNP) 
· Em condições fisiológicas o desacoplamento do transporte de elétrons e da fosforilação oxidativa produz calor 
· Aumento da oxidação das coenzimas sem síntese de ATP gera um aumento da degranulação de lipídios devido a produção baixa de energia 
· Recém-nascidos tem um tecido adiposo especial (tecido adiposo marrom) que as mitocôndrias tem proteínas desacopladoras, termogenina, na membrana interna
· O retorno de H+ pela termogenina ao invés da ATP sintase gerar calor, que serve para manter a temperatura do recém-nascido 
· A energia é dissipada como calor e contribui para manter a temperaturacorporal de recém-nascidos, pequenos animas e mamíferos hibernantes sobrevivência ao frio 
· Inibidores 
· Inibem especificamente cada complexo e impede a transferência de elétrons 
· Quando um transportador é inibido ele não consegue doar ou receber elétrons 
· Todos os transportadores que antecederem o ponto de inibição estão reduzidos e a cadeia se torna inoperante 
· Geração de radicais livres 
· Maioria dos radicais livres são espécies reativas de O2 que pode ser gerado durante o transporte de elétrons quando a taxa de entrada de elétrons na cadeia respiratória é maior que a taca de transferência 
· Antioxidates e sistemas enzimáticos (superóxido dismutase e glutationa peroxidases) atuam na detoxificação dos radicais livres gerados (O2 radical superóxido, -OH radical hidroxil e H2O2 peróxido de H)
· Radicais livres estão relacionados com o envelhecimento e câncer
· Sistemas coenzimáticos como superóxido-dismutase e glutationa-peroxidase fazem a detoxificação dos radicais livres formados
· Vitaminas vindas da alimentação também são antioxidantes que neutralizam os radicais livres formados 
· Quantos ATPs são produzidos pela oxidação de uma molécula de glicose? 
· NADH produzido na glicólise está circulando no citoplasma 
· A membrana interna das mitocôndrias é impermeável ao NAD+ e NADH do citosol assim a oxidação do NADH citossólico não é feita diretamente pela cadeia respiratória 
· Elétrons do NADH são transferidos para um composto citossólico que leva ele para o interior da mitocôndria (sistema de lançadeira), onde é oxidado
· O composto oxidado volta ao citosol, permitindo que o processo continue 
· Tem 2 sistemas de lançadeiras:
1) Lançadeira do malato-aspartato
· Mitocôndrias do fígado rins e coração
· Produz 2,5 ATP
2) Lançadeira do glicerol-fosfato 
· Músculo esquelético e cérebro 
· Lançadeira que transfere NADH + H+ (elétrons e hidrogênio) do citoplasma para transportadores na membrana interna, na forma de FADH2
· O FADH2 sintetiza 1,5 ATP 
· Balanço energético global da oxidação completa da glicose 
· Músculo esquelético e cérebro produz 30 ATP 
· Fígado, rim e coração produzem 32 ATP 
Glicogênese, glicogenólise e gliconeogênese
· Glicogênese
· Estado alimentado: produz glicogênio a partir da glicose 
· Glicogenólise
· Estado jejum: degrada o glicogênio armazenado no fígado e libera a glicose 
· Gliconeogênese ou neoglicogênese 
· Estado jejum: produz glicose a partir de compostos que não são carboidratos 
· Glicogenólise 
· Ocorre em jejum
· Degrada o glicogênio armazenado no fígado e músculo esquelético liberação de glicose 
· As unidades de glicose das ramificações externas do glicogênio entram na via glicolítica pela ação de 3 enzimas:
1) Glicogênio-fosforilase 
· Reação que uma ligação glicosídica (α1-4) entre 2 resíduos de glicose é atacada por um fosfato inorgânico (Pi), removendo o resíduo terminal na forma de α-D-glicose-1-fosfato (reação de fosforólise) até um ponto a 4 resíduos de glicose de um ponto de ramificação (α1-6)
2) Enzima de desrramificação do glicogênio: oligo (α1-6) a (α1-4) glicanotransferase 
· 2 reações sucessivas que removem as ramificações 
· Transferase remove um bloco de 3 glicoses 
· Glicosidase libera o resíduo de glicose remanescente 
· Logo que as ramificações são removidas e o resíduo glicosil na posição C-6 é hidrolisado, a atividade da glicogênio-fosforilase pode continuar 
3) Fosfoglicomutase 
· O produto final da reação do glicogênio-fosforilase (Glicose-1-fosfato), é convertida em glicose-6-fosfato 
· A glicose-6-fosfato formada no músculo esquelético pode entrar na glicólise. No fígado: libera glicose para o sangue quando o nível de glicose sanguínea diminui, com acontece entre refeições 
· No fígado e nos rins:
· A presença de glicose-6-fosfatase (retículo endoplasmático) transforma a GP6 em glicose que será transportada para o sangue, aumento a glicemia 
· Glicogênese
· Síntese de glicogênio acontece no citosol
· Processo que requer ATP ou UDP (uridina trifosfato)
· Ocorre no estado alimentado
· Acontece no fígado e no músculo principalmente, porém é em quase todos os tecidos 
· Glicogênio = suprimento de glicose em uma forma rapidamente mobilizável 
· Tem a flutuação desses estoques de glicogênio: aumentam durante o estado alimentado e são esgotados durante o jejum
· Grânulos de glicogênio em hepatócitos:
· Relembrando a estrutura do glicogênio:
· Homopolissacarídeo de cadeia ramificada formado exclusivamente por α-D-glicose 
· União glicosídica primária: ligação α1-4
· Ramificações: ligação α1-6 (a cada 8 ou 10 resíduos de glicose)
· Partícula de glicogênio pronta
· Tem a glicogenina no centro da partícula e as moléculas de glicose distribuídas em 12 camadas 
· Glicogenina é uma proteína com atividade catalítica para formar o iniciador da glicogênese 
· As mais internas apresentam 2 ramificações e as mais externas não são ramificadas 
· Quase 55 mil resíduos de glicose compõe uma molécula de cerca de 21 nm de diâmetro e massa molecular de 10-7 
· Etapas da glicogênese:
1) Síntese da UDP-glicose
· UDP-glicose: doador de glicose (forma ativa de glicose) α-D-glicose ligada ao difosfato de uridina (UDP): fonte de todos os resíduos glicosil ligados adicionados à molécula 
· Ponto inicial da síntese de glicogênio: fosforilação da glicose em glicose-6-fosfato pela hexoquinase (em músculo) e glicoquinase (em fígado) 
· Conversão da glicose-6-P em Glicose-1-P é feita pela fosfoglicomutase 
· Glicose-1-fosfato + UTP Ação da enzima UDP glicose pirofosforilase UDP-glicose 
· Transferência de resíduos de glicosil da UDP-glicose a uma molécula de glicogênio, pela ação do glicogênio sintase 
2) Síntese de um iniciador 
· Iniciador: segmento inicial para a síntese de glicogênio 
· Glicogênio sintase: responsável pela formação das ligações α(14) no glicogênio 
· Fragmento de glicogênio iniciador
· Estoques de glicogênios totalmente esgotados glicogenina 
· Glicogenina: proteína composta por 2 subunidades, cada subunidade é catalisada pela adição de 8 unidades glicosílicas para a outra subunidade forma uma cadeia curta α(14) unida ao grupo hidroxila da Tyr (tirosina) cadeia que posteriormente é alongada pelo glicogênio sintase 
3) Alongamento das cadeias de glicogênio 
· Transferência de um resíduo de glicose a partir de UDP-glicose para a extremidade não redutora da cadeia em crescimento
· Ocorre pela enzima glicogênio sintase
4) Formação das ramificações no glicogênio 
· Ação da enzima de ramificação amilo- α(14)-(16) transglicosilase ou glicosil-(46) transferase ocorre a transferência de um fragmento com 6 a 7 resíduos de glicose para uma parte mais interna da molécula, levando a formação de uma ligação α(16). Outros resíduos glicosil podem ser adicionados 
· Importância da ramificação: Faz o glicogênio ser mais solúvel e aumenta o número de sítios acessíveis às enzimas da síntese e da degradação que agem nas extremidades não-redutoras 
· Resumo da glicogênese
· Regulação da síntese de carboidratos 
· Regulação da glicogênese:
· Ocorre em sintonia com a regulação da glicogenólise, as vias antagônicas são reguladas reciprocamente 
· Ponto de regulação: atividade da enzima glicogênio sintase 
· Glicogênio sintase fosforilada: inativa (glicogênio sintase b) 
· Glicogênio sintase desfosforilada: ativa (glicogênio sintase a) 
· Modificação covalente da glicogênio sintase é regulada pelas enzimas:
· GSK3 que fosforila e inativa enzima sofre regulação hormonal (insulina inibe ela) 
· PP1 que desfosforila e ativa a glicogênio sintase enzima que sofre regulação hormonal e alostérica 
· Insulina ao ligar no seu receptor ativa uma cascata de eventos que acabam na fosforilação e inativação da GSK3, assim previne a fosforilação e inativação do glicogênio sintase
· Alimentação (aumenta taxa de glicose) estimulação das células beta do pâncreas a produzir insulina, e inibe células alfa produtoras de glucagon insulina produzida no pâncreas estimula o fígado a absorver glicose e armazenar na forma de glicogênio 
· Jejumdiminui a glicose sanguínea células beta inibidas células alfa estimuladas a produzir glucagon estimula o fígado a quebrar o glicogênio e liberar glicose no sangue
· Regulação recíproca da glicogênio fosforilase e glicogênio sintase ocorre:
 Glicogênio sintetase
Insulina
GLICOGÊNIO
G6P
G
Glucagon e adrenalina
 Glicogênio fosforilase
· Esquema regulação glicogenólise e glicogênese:
· Gliconeogênese 
· Via de formação de carboidratos a partir de precursores não carboidratos nos tecidos animais
· Local: fígado e córtex renal 
· Momentos de jejum
· Tecidos que só usam glicose:
· SNC (cérebro) 
· Eritrócitos
· Medula renal 
· Testículos 
· Tecido embrionário 
· Quando ocorre?
· Momentos que esgota o glicogênio (jejum ou atividade física intensa) 
· Ter diabetes mellitus 
· Precursores de glicogênio:
· Lactato
· Piruvato
· Glicerol (quebra de óleos e gorduras)
· Maioria dos aminoácidos (intermediários do ciclo de Krebs) 
· Gliconeogênese acontece em todos animais, vegetais, fungos e microorganismos 
· Reações são as mesmas em todos os tecidos e espécies 
· Mamíferos:
· Gliconeogênese principal no fígado 
· Em menor extensão nos rins 
· Precursor: aminoácidos glicogênicos 
· Convertido em piruvato ou intermediários do ciclo de Krebs 
· Precursor: Glicerol 
· Glicerol produzido na quebra de gorduras (triacilgliceróis)pode ser usado para a gliconeogênese 
· A fosforilação do glicerol pela glicerol-quinase seguida pela oxidação do carbono central, gera diidroxiacetona-fosfato, intermediário da gliconeogênese no fígado (se precisa produzir ATP a diidroxiacetona fosfato pode ir para a glicólise, gerando ATP e piruvato) 
· Via metabólica da gliconeogênese
· Uma via anabólica central 
· Tem reações em comum com a via da glicólise (7 delas, porém com enzimas regulatórias diferentes), mas é diferente não é reverso da glicólise 
· Regulação coordenada e recíproca 
· 3 reações da glicólise são irreversíveis e não podem ser usadas na gliconeogênese:
· Conversão de glicose --: glicose-6-fosfato pela hexoquinase 
· Fosforilação da frutose-6-fosfato frutose-1,6-bifosfato pela fosfofrutocinase-1 
· Conversão do fosfoenolpiruvato piruvato pela piruvato-quinase 
· Logo na gliconeogênese são necessárias 3 reações de desvio 
1) Desvio 1 a): Piruvato fosfoenolpiruvato 
· Transporta o piruvato do citosol para a mitocôndria 
· Enzima piruvato carboxilase converte piruvato em oxaloacetato 
· Oxaloacetato tem que virar malato para sair da mitocôndria – enzima malato desidrogenase 
· Oxaloacettao pe convertido em fosfoenolpiruvato pela fosfoenolpiruvato carboxiquinase 
Desvio 1 b): Lactato 
· Lactato da glicólise e fermentação nos eritrócitos e músculos sofre ação da lactato desidrogenase (no citosol) originando piruvato 
· Piruvato vai para a mitocôndria e é convertido em oxaloacetato - piruvato carboxilase 
· Esse oxaloacetato é convertido diretamente em fosfoenolpiruvato – forma mitocondrial da enzima fosfoenolpiruvato carboxicinase 
· Fosfoenolpiruvato sai da mitocôndria 
· Ciclo de Cori: Lactato é aerobicamente reconvertido em glicose pelo fígado 
· Glicogênio glicose piruvato lactato (músculo) 
· Lactato piruvato glicose (fígado) 
· Importância: fornece glicose para o músculo que está realizando metabolismo anaeróbico e glicogenólise 
· Lactato do metabolismo anaeróbico muscular é transportado para o fígado onde será usado para a síntese de glicose. Em contrapartida, o fígado manda glicose para o músculo repor o glicogênio 
2) Desvio 2): Frutose-1,6-bifosfato frutose-6-fosfato 
· Na via glicolítica fosfofrutoquinase-1 converte frutose-6-fosfato em frutose-1,6-bifosfato reação muito exergônica e irreversível 
· Na glicogênese frutose-1,6-bifosfato gera frutose-6-fosfato pela ação da enzima frutose-1,6-bifosfatase (ou FBPase-1)
3) Desvio 3): Glicose-6-fosfato em glicose livre 
· Via glicolítica: hexoquinase/glicoquinase glicose é fosforilada em glicose-6-fosfato 
· Gliconeogênese: glicose-6-fosfatase desfosforilação da glicose-6-fosfato em glicose 
· Gliconeogênese a partir do ciclo glicose-alanina 
· Fornece glicose ao músculo que tá fazendo proetólise 
· A alanina da proteólise é transportada para o fígado onde será usado para a síntese de glicose. Em contrapartida, o fígado manda glicose para o músculo utiliza-la pela via glicolítica 
· Consumo de energia da gliconeogênese 
· Gliconeogênese em ruminantes 
· Ocorre a partir do propionato 
· Rota ocorre tanto nos monogástricos como nos ruminantes, é utilizada como a mais importante fonte de glicose dos ruminantes 
· Propionato é absorvido no epitélio ruminal como produto final da fermentação microbiana dos glicídios, passando para o fígado, onde ingressa na rota gliconeogênica 
· A rota do propionato até a glicose passa por seu ingresso no ciclo de Krebs até dar oxaloacetato, precursor gliconeogênico que pode ser convertido em fosfoenolpiruvato 
· Propionato: ativado a propionil-CoA pela enzima propionil-CoA sintase 
· Propionil-CoA é carboxilado em D-metilmalonil-CoA pela enzima propionil-CoA carboxilase 
· Enzima racemase converte D-metilmalonil-CoA em L-metilmalonil-CoA 
· L-metilmalonil-CoA vira succinil-CoA (intermediário do ciclo de Krebs) pela enzima metilmalonil-COA mutase. Succinil-CoA segue o ciclo de Krebs até gerar malato 
· Malato sai ao citosol e é convertido em oxaloaceato, continuando a gliconeogênese da mesma forma que o processo a partir do piruvato 
· Motivo de tomar glicose na veia em coma alcóolico:
· A glicose desvia a rota metabólica do NAD+ para a via glicolítica, evitando a formação do acetaldeído 
· Metabolismo do álcool influência negativamente a gliconeogênese 
· Alta [ ] de NADH gerada no metabolismo do álcool desvia o NADH para outras rotas metabólicas ao invés da gliconeogênese
· O metabolismo do álcool pode chegar na gliconeogênese pelo desvio do NADH para a reação catalisada pelo lactato desidrogenase e para a reação catalisada pela malato desidrogenase citosólica, que consomem respectivamente piruvato e oxaloacetato, que são precursores glicogênicos 
· Conclusão: metabolismo do álcool diminui a disponibilidade dos precursores glicneogênicos diminuindo a gliconeogênese e colaborando para o desenvolvimento de um quadro de hipoglicemia, que pode ser agravado em pacientes que fazem uso de insulina ou indivíduos vulneráveis (que estão em dieta, jejum ou que se submeteram a atividades físicas extenuantes) 
· Acetaldeído = rubor, náuseas, vômitos e ressaca
· Regulação da gliconeogênese:
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