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Introdução ao metabolismo - Bases Celulares e Moleculares 2

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BCM Introdução ao Metabolismo 
Organismos vivos necessitam de aporte de energia, para: trabalho mecânico na contração 
muscular e movimentos celulares; transporte ativo de moléculas e íons; síntese de 
macromoléculas etc. 
1. Definição: a soma de todas as transformações químicas que ocorrem em uma célula 
ou em um organismo. Essas transformações podem ser para: 
▪ Obter energia química degradando nutrientes energeticamente ricos obtidos do 
meio ambiente. 
▪ Sintetizar e degradar as biomoléculas necessárias para as funções celulares 
especializadas, como lipídeos de membrana, mensageiros intracelulares e 
pigmentos. 
 
2. Vias metabólicas: uma série de reações químicas catalisadas por enzimas. Ocorre em 
cadeia. 
Cada uma das etapas consecutivas em uma via metabólica produz uma pequena 
alteração química específica, em geral a remoção, a transferência ou a adição de um 
átomo particular ou um grupo funcional. 
O composto A é convertido em um produto B por meio de uma série de intermediários 
metabólicos chamados de metabólitos: 
 
 
3. Intermediários metabólicos: são os precursores das reações químicas subsequentes 
numa via metabólica. 
 
4. Anabolismo e catabolismo: As reações que transformam combustíveis em energia 
celular são chamadas de reações catabólicas ou, mais em geral, catabolismo. As reações 
que demandam energia, como a síntese de glicose, gorduras ou DNA, são ditas reações 
anabólicas ou anabolismo. As formas úteis de energia que são produzidas no 
catabolismo são empregadas no anabolismo para produzir estruturas complexas a partir 
das mais simples ou estados ricos em energia a partir de estados pobres em energia. 
Algumas vias podem ser anabólicas ou catabólicas, dependendo das condições 
energéticas da célula. Elas são denominadas vias anfibólicase um exemplo é o ciclo de 
Krebs. 
Exemplo: a glicólise é uma via metabólica catabólica. 
 
 
5. Variação de energia livre nas reações químicas: 
 
AG: energia produto – energia do substrato 
AG: 5 – 10 = -5 → reação exergônica (o produto tem menos energia que o substrato – a 
energia foi liberada). 
AG: 10 – 5 = 5 → reação endergônica (o produto tem mais energia do que o substrato 
– a energia foi adicionada). 
Exemplo: AG da glicólise: 991Kj . mol-1 ou 23kcal . mol-1 
 
 
 
 
 
 
Fase de degradação do 
metabolismo: moléculas 
são convertidas em 
produtos finais menores 
e mais simples. 
 Vias catabólicas liberam 
energia: parte dessa 
energia é conservada na 
forma de ATP e de 
transportadores de 
elétrons reduzidos; o 
restante é perdido como 
calor. 
Fase de biossíntese: 
precursores pequenos e 
simples formam 
moléculas maiores e mais 
complexas. 
Vias anabólicas 
necessitam de 
fornecimento de energia, 
geralmente na forma de 
potencial de 
transferência do grupo 
fosforil do ATP e do poder 
redutor de NADH, NADPH 
e FADH2. transportadores /carreadores 
de elétrons 
6. O ATP: trifosfato de adenosina. 
 
Mas como as células conseguem extrair energia dos alimentos? 
 
ATP é a forma universal de energia livre usada pelos sistemas biológicos. Parte da energia livre 
proveniente da oxidação dos alimentos é transformada nesta molécula altamente acessível, que 
atua como doadora de energia livre na maioria dos processos que requerem energia, como 
movimento, transporte ativo e biossínteses. 
 
 
 
A hidrólise direta de ATP, uma reação exergônica, é a fonte de energia em alguns processos 
impulsionados por mudanças conformacionais, mas em geral não é a hidrólise de ATP e sim a 
transferência de um grupo fosforil, pirofosforil ou adenilil do ATP a um substrato ou a uma 
enzima que acopla a energia da quebra do ATP às transformações endergônicas de substratos. 
Algumas reações de biossíntese são impulsionadas pela hidrólise de nucleosídios trifosfatos 
análogos ao ATP, a saber, guanosina trifosfato (GTP), uridina trifosfato (UTP) e citidina trifosfato 
(CTP). 
A energia dos alimentos é extraída em três etapas. No primeiro estágio, as grandes moléculas 
presentes em alimentos são quebradas em unidades menores. Este processo é a digestão. As 
proteínas são hidrolisadas em seus 20 aminoácidos diferentes; os polissacarídios são 
hidrolisados a monossacarídios (açúcares simples) como a glicose; e lipídios são hidrolisados a 
Uma grande quantidade de energia livre é liberada 
quando o ATP é hidrolisado a adenosina difosfato (ADP) 
e ortofosfato (Pi) ou quando ATP é hidrolisado a 
adenosina monofosfato (AMP) e pirofosfato (PPi). 
 
glicerol e ácidos graxos. Os produtos da degradação são, a seguir, absorvidos pelas células 
intestinais e distribuídos por todo o organismo. Este estágio é estritamente preparatório; 
nenhuma energia útil é capturada nesta fase. No segundo estágio estas pequenas moléculas 
numerosas são degradadas a algumas unidades 
simples que são essenciais ao metabolismo. De fato, a maioria delas, carboidratos, ácidos 
graxos, glicerol e vários aminoácidos, é transformada na acetila da acetil-CoA. É produzido algum 
ATP neste estágio, mas a quantidade é pequena comparada com a obtida no terceiro estágio. 
No terceiro estágio, ATP é produzido pela oxidação completa do grupo acetila da acetil-CoA. O 
terceiro estágio compreende o ciclo do ácido cítrico e a fosforilação oxidativa que são as vias 
finais comuns na oxidação de moléculas energéticas. 
 
7. Padrões recorrentes: 
▪ Carreadores ativados: 
o de elétrons para oxidação de compostos energéticos: NAD+/NADH; 
FAD+/FADH2 
o de elétrons para a biossíntese redutora (NADPH) 
o de fragmentos de 2 carbonos (coenzima A) 
o de grupos fosfato (ATP) 
Obs: Muitos dos carreadores ativados são coenzimas derivadas de 
vitaminas hidrossolúveis. 
▪ Reações chave: 
 
 
o Oxidação: transferência de elétrons - remove e- e H+ (desidrogenases). 
o Redução: transferência de elétrons - ganha e- (redutases). 
o Transferases: quinase x fosforilase. 
o Liases: remoção de moléculas de água, gás carbônico e amônia, a partir 
da ruptura de ligações covalentes. Exemplo: Descarboxilase. 
o Ligases: unem 2 substratos utilizando energia do ATP. 
 Oxirredução: 
Essas duas reações de oxirredução fazem parte do ciclo de Krebs, que oxida 
completamente o fragmento ativado de dois carbonos da acetil-CoA a duas moléculas 
de CO2. Na reação 1, o FADH2 carreia elétrons, ao passo que na reação 2, os elétrons 
são carreados pelo NADH. 
 
 Ligação: 
 
 Isomerização: 
 
 
 
 
 Transferência: 
 
 Hidrolítica: 
 
 Remoção de grupo funcional: 
 
▪ Os processos metabólicos são extremamente regulados: 
o Controle da quantidade de enzimas (controle de síntese e degradação) 
o Controle da atividade catalítica 
Controle alostérico reversível: a primeira reação de muitas vias 
biossintéticas é alostericamente inibida pelo produto final da via 
Modificação covalente reversível: glicogênio fosforilase, que catalisa a 
degradação do glicogênio é ativada pela fosforilação de um 
determinado resíduo de serina quando há escassez de glicose. 
Hormônios coordenam as relações metabólicas entre diferentes 
tecidos: epinefrina nos músculos, deflagra uma cascata de transdução 
de sinal, que resulta na fosforilação e ativação de enzimas importantes 
que levam à rápida degradação do glicogênio em glicose, que é a seguir 
utilizada para fornecer ATP para a contração muscular. 
o Controle da acessibilidade de substratos: compartimentalização/ 
controle do fluxo de substratos. 
o Estado energético da célula: excesso de ATP. 
 
8. Metabolismo de carboidratos: 
▪ Catabolismo: 
o Glicólise: glicose (galactose, frutose) a piruvato. 
o Glicogenólise: glicogênio a glicose. 
o Via das pentoses: glicose a NADPH e pentose fosfato. 
▪ Anabolismo: 
o Gliconeogênese (Neoglicogênese) – síntese de glicose. 
o Glicogênese – síntese de glicogênio a partir de glicose. 
▪ Metabolismo aeróbico: 
o Ciclo de Krebs. 
o Fosforilação oxidativa. 
▪ Metabolismo anaeróbico: 
 
9. Metabolismo