Bioenergética e Termodinâmica Celular

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BIOQUÍMICA 
@andreiadivensi 
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Bioenergética 
 
 
Estudo das transformações energéticas que ocorrem nas 
células 
1ª. Lei termodinâmica conservação da energia. Energia 
total do sistema e do meio ambiente 
permanecem constantes. 
2ª. Lei da Termodinâmica. A energia 
espontaneamente, sempre se desloca de 
níveis mais altos para níveis mais baixos. É 
possível, com a realização de trabalho, 
transferir energia de nível mais baixo para mais 
alto. (obs: doando energia para o sistema, o 
contrário também pode ser feito). 
Energia livre de Gibbs (G) 
Energia disponível para realizar trabalho em 
temperatura e pressão constantes; indica a 
possibilidade de uma reação ocorrer 
espontaneamente. 
 ∆G- reação exergônica (espontânea) – 
disponibiliza energia para trabalho. 
∆G + reação endergônica (necessita adição de 
energia para que a reação ocorra). onde o produto da 
reação ganha, pois fica mais energética. Esse produto mais energético 
pode utilizar essa energia depois. 
 ∆G = 0 não ocorre reação, sistema em 
equilíbrio. Se continuar equilíbrio absoluto ela 
não ocorre. Se houver mudança de substrato 
de produto pode ocorrer. 
 
 
Reação endergônica: se não tiver suporte 
energético não funciona. 
(1) reação endergônica. objetivo é adicionar 
um fosfato na glicose e formar uma 
glicose6fosfato. Para acoplar a reação 
endergônica, e ela possa efetivamente 
funcionar, podem ser de duas formas 
(quebrar a barreira termodinâmica): 1. 
Recendo energia do sistema, ex: 
quebrando uma molécula de ATP. 2. 
Aumentando a concentração do substrato. 
(2) momento em que o atp é hidrolisado , é uma 
reação altamente exergônica. 
É possível fazer uma reação endergônica 
funcionar acoplando uma reação exergônica 
que doe energia junto, na mesma reação. 
Metabolismo Energético 
Conjuto de transformações que as substancias 
químicas sofrem no interior dos organismos vivos, 
ganhando e perdendo energia. Cooperam para: 
1. Obter energia química da energia solar ou 
da oxidação de nutrientes. 
2. Converter nutrientes -> moléculas 
adequadas para a célula. 
3. Polimerizar monômeros -> macromoléculas 
4. Sintetizar e degradar moléculas -> funções 
específicas na célula. 
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Catabolismo degradação de moléculas para 
obtenção de energia. Reações exergônicas que 
predominam no metabolismo. 
Anabolismo: processo que constrói moléculas 
complexas a partir de moléculas simples, 
consumindo energia para isso. Predominam 
reações endergônicas. 
Oxiredução molécula que A que transfere elétrons 
pra molécula B. A molécula A, que perdeu elétrons, 
foi oxidada. A molécula B que ganhou elétrons é 
reduzida. 
Molécula A: agente redutor, pois o A reduz o B.. 
Molécula B: agente oxidante, pois ganha elétrons, 
oxidando o A. 
 
Processos exergônicos que liberam energia 
(alimentar produção de atp em uma célula) tem três 
origens: proteínas, carboidratos e lipídios. Para 
uma célula poder sobreviver ela precisa ser capaz 
de degradar ou aminoácidos, ou glicose ou ácidos 
graxos, caso contrário não tem possibilidade de 
produzir ATP. 
 
 ATP precisa ser produzido dentro das células, de 
forma local e de acordo com a demanda. Uma 
célula pode produzir ATP de duas formas. 
Fosforilação a nível de substrato: é a formação 
direta de ATP pela transferência direta de um grupo 
fosfato para o ADP, vindo de uma outra 
molécula fosforilada. Durante a glicólise, ele 
produz quatro moléculas de ATP, já no ciclo de 
Krebs, duas 
Fosforilação oxidativa. é uma das etapas 
metabólicas da respiração celular. Acontece 
apenas na presença de oxigênio (seres aeróbicos), 
que é necessário para oxidar moléculas 
intermediárias e participar de reações para 
formação da molécula de ATP e produzir energia. 
O principal composto de alta energia é o ATP. É 
necessário para processos endergônicos que 
requerem energia, como exemplo os transportes 
ativos de substancias pelas membranas contra 
seus gradientes eletroquímicos; síntese de 
intermediários metabólicos e macromoléculas a 
partir de precursores menores; movimento 
mecânico... 
 
 
Reversíveis: Quando a mesma enzima pode 
catalisar o passo de ida e o passo de volta. 
próximas do equilíbrio (Δ G próximo de 0) -> O 
equilíbrio pode ser atingido modulando a 
concentração de substratos ou produtos. 
Irreversíveis: Só catalisa o passo de ida e não 
consegue voltar. 
distantes do equilíbrio -> Enzimas com atividade 
insuficiente para fazer com que reação atinja o 
equilíbrio. 
Δ G<<<<0; não tem volta; em geral são enzimas 
reguladoras das vias; não respondem a variações 
de substratos e sim a outros controles. 
 
 
FOTOSSÍNTESE reação endotermica 
QUIMIOSSÍNTESE reação endotermica 
RESPIRAÇAO CELULAR reação exotermica 
FERMENTAÇÃO reação exotérmica. 
 
 
REAÇÕES METABÓLICAS 
SÍNTESE DE ATP 
PRINCIPAIS REAÇÕES METABÓLICAS 
ASPECTOS TERMODINÂMICOS 
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Cadeia respiratória e 
fosforilação oxidativa 
Local: Crista mitocondrial. Processo Eeróbico. 
Compartimentalização da Mitocôndria 
Membrana Externa: permeável a moléculas 
pequenas e íons, os quais atravessam a membrana 
através de canais formados por proteínas integrais 
chamadas porinas; 
Membrana Interna: impermeável a maioria das 
moléculas pequenas e íons. As espécies que 
atravessam a membrana interna dependem de 
transportadores específicos. 
Proteínas transportadoras: alimentam a 
mitocôndria com substratos energéticos, e a 
mitocôndria pode enviar substancias para o citosol. 
Processo 
A energia contida nos NADH e FADH2 que foram 
produzidos na glicólise e no ciclo de Krebs, é 
utilizada para transferir a energia para a produção 
de ATP. 
O NADH libera prótons de hidrogênio e elétrons 
altamente energizados, que são atraídos pelo 
oxigênio. Para se encontrar com o oxigênio, os 
elétrons primeiramente precisam passar pelas 
proteínas de membrana. O NADH entra no 
complexo I, o FADH na complexo II, sendo que 
estes dois complexos não se conversam. A 
molécula transportadora ubiquinona passa esses 
elétrons para o Complexo III, que então são 
transportadas pela molécula transportadora 
Citocromo C, para a proteína do complexo IV, 
finalmente se encontrando com o oxigênio. 
Ao longo desse trajeto, é liberado energia que é 
utilizada para bombear prótons de hidrogênio para 
a parte mais externa da mitocôndria. Estes prótons 
são atraídos para a parte mais interna da 
mitocôndria, para isso precisam passar através do 
complexo proteico ATP sintase. Quando o 
hidrogênio passa por ali, esse complexo gira e 
então é produzido energia para a formação de ATP, 
que rapidamente vai ser utilizado como fonte de 
energia pela célula. 
Observações: 
 Desidrogenases: é um tipo de enzimas 
oxidorredutases catalisadoras da transferência de 
íons hidrogênio e um par de elétrons de um 
substrato, que é então oxidado, para uma molécula 
aceitadora, que é então reduzida (normalmente o 
NAD). 
 Complexo II é o único que não bombeia 
prótons. 
 Cadeia respiratória são os componentes 
(proteínas, atp sintase...). Fosforilação oxidativa: é 
o processo, via final de geração de energia em 
organismos aeróbicos. A degradação de 
carboidratos lipídeos e proteínas termina na 
respiração celular com a geração de ATP. 
ACOPLAMENTO DA FOSFORILAÇÃO 
OXIDATIVA: 1. Gradiente eletroquímico (acumulo 
de prótons no espaço intermembrana) 2. 
disponibilidade de substrato (ADP + P). 3. Atp 
sintase funcional 
INIBIDORES E DESACOPLADORES 
Inibidores bloqueiam o complexo IV, fazendo a 
proteína não funcionar. A transferência dos 
elétrons paralisa e não chegam até o oxigênio. Sem 
fluxo de elétrons, não tem bombeamento de 
prótons e o gradiente eletroquímimco não esta 
sendo formado. Ex de inibidor: cianeto 
Desacopladores: substancias que geram 
prejuízos na síntese de ATP, pois impedem que o 
gradiente eletroquímico próton H+ se acumule no 
espaço intermembrana. Quando o próton é 
bombeado para o espaço intermembrana, os 
desacopladores criam uma viade retorno dos 
prótons para a matriz. Obs: não interfere na 
transferência de elétrons e nem no bombeamento 
dos prótons, apenas na formação do gradiente 
eletroquímico. Exs: FCCP. e termogenina (proteína 
fisiológica que fica especialmente no tecido 
adiposo marrom, gera calor ao corpo. Ela está na 
membrana interna da mitocôndria, quando está 
aberta, é um canal de prótons de volta para a 
matriz). Se os prótons voltam pela termogenina, 
não gera ATP e sim calor. 
Regulação da Fosforilação Oxidativa: ocorre por 
disponibilidade de substrato. Se tiver ADP + P 
disponível na mitocôndria (+ sistema funcional) 
indica demanda energética. Quando mais 
substrato, mais ATP.