Bioenergética: Estudo das Transduções Energéticas

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Bioenergética 
É o estudo quantitativo das transduções energéticas que ocorrem em células vias- 
mudança de uma forma de energia a outra, bem como da natureza e da função dos 
processos químicos envolvidos nessas transduções. 
✓ Leis da termodinâmica: 
1ª lei- Princípio da conservação de energia: 
Para qualquer mudança física ou química, a quantidade total de energia no universo 
permanece constante, a energia pode mudar de forma ou pode ser transportada de uma 
região para outra, mas não pode ser criada ou destruída. 
 
2ª lei- O universo sempre tende para o aumento da desordem: 
Em todos os processos naturais, a entropia do universo aumenta. 
 
✓ Parâmetros termodinâmicos: 
Energia livre de Gibbs (G) → expressa a quantidade de energia capaz de realizar 
trabalho durante uma reação à temperatura e pressão constantes. 
 G > 0 → o sistema adquire energia livre (reação endergônica) 
 G < 0 → o sistema libera energia livre (reação exergônica) 
 
 
 
Entalpia (H) → é o conteúdo de calor do sistema reagente. Ela reflete o número e o tipo 
de ligações químicas nos reagentes e nos produtos. 
 H > 0 → os reagentes captam calor do meio (endotérmicos) 
 H < 0 → uma reação química libera calor (exotérmica) 
 
Entropia (S) → é uma expressão quantitativa da aleatoriedade ou desordem de um 
sistema. 
 
Sob as condições existentes nos sistemas biológicos (temperatura e pressão constantes) 
essas variações estão quantitativamente relacionadas pela equação: 
 
 G = H – T S 
 
Por convenção, S possui sinal positivo quando a entropia aumenta e H sinal negativo 
quando libera calor. Com isso, processos energeticamente favoráveis, tendem a tornar o 
valor de G negativo. 
 
Sistema reagente espontâneo → G < 0 
 
✓ Constante de equilíbrio (keq): 
É definida pelas concentrações dos reagentes e dos produtos no equilíbrio. 
aA + bB → cC + dD 
 
Quando o sistema reagente não está em equilíbrio, a tendência em direção ao equilíbrio 
representa uma força eletro motriz cuja intensidade pode ser expressa como a variação 
de energia livre para a reação ( G) 
 
#Convenção-chave: Os bioquímicos definem o estado-padrão como diferente dos 
demais. No estado padrão bioquímico [H+] é 10-7 M (pH=7) e [H2O] é 55,5 M. Com isso, 
são chamadas de constantes-padrão aparentes e são escritas com apóstrofe ( G’° e K’eq) 
 
 G’°= -RT ln K’eq 
 
A partir dessa fórmula, podemos estabelecer a seguinte relação: 
 
 
✓ As variações de energia padrão são aditivas: 
 
A B C 
 
(1) A → B G’°1 
(2) B → C G’°2 
Soma: A → C G’°1 + G’°2 
 
 
✓ Transferência de grupo fosforil e ATP: 
As células heterotróficas obtêm energia energia livre de forma química pelo catabolismo 
de moléculas de nutrientes, e elas usam essa energia para fazer ATP a partir de ADP e Pi. 
O ATP, então, doa parte da sua energia química para processos endergônicos como a 
síntese de intermediários metabólicos e a de macromoléculas a partir de precursores 
menores, para o transporte de substâncias por meio de membranas contra o gradiente de 
concentração. 
 
Bases químicas para a grande variação de energia livre associada à hidrólise de ATP. (1) 
A separação de cargas atenua a repulsão eletrostática entre as 4 cargas negativas do ATP. 
(2) O Pi liberado é estabilizado pela formação de um híbrido de ressonância. 
Além disso, o Mg+2 no citosol se liga ao ATP e ao ADP. Desse modo, a maioria das 
reações enzimáticas que envolvem o ATP como doador de grupo fosforil possuem como 
substrato o complexo MgATP-2. 
 
Observe abaixo como ocorre a hidrólise do ATP: 
 
✓ Reações de oxidação-redução: 
 
Essas reações envolvem a perda de elétrons por uma espécie química, que é oxidada, e o 
ganho de elétrons por outra espécie, que é reduzida. O fluxo de elétrons nas reações de 
oxidação-redução é responsável, direta ou indiretamente, por todo trabalho realizado 
por organismos vivos. Os elétrons movem-se de diferentes intermediários metabólicos 
para transportadores de elétrons especializados, em reações catalisadas 
enzimaticamente. Os transportadores, por sua vez, doam elétrons para receptores com 
afinidade maior por elétrons, com a liberação de energia. 
 
Exemplo: 
 
 
 
 
✓ Níveis de oxidação dos compostos de carbono: 
Quando um átomo de carbono compartilha um par de elétrons com outro átomo, o 
compartilhamento é desigual, em favor do átomo mais eletronegativo. A ordem 
crescente de eletronegatividade é H < C < S < N < O. Observe os exemplos abaixo e note 
que os compostos mais reduzidos (superior) são mais ricos em H do que em O, 
enquanto, os compostos mais oxidados (inferior) contêm mais oxigênios e menos 
hidrogênios. 
 
✓ Potencial de redução (E°): 
A tendência para que a reação ocorra depende da afinidade relativa do aceptor de 
elétrons de cada par redox pelos elétrons. 
Ex: Acetaldeído + NADH + H+ → etanol + NAD+ 
(1) Acetaldeído + 2H+ + 2e- → etanol E’° = - 0,197 V 
(2) NAD+ + 2H+ + 2e- → NADH + H+ E’° = - 0,320 V 
Acetaldeído- aceptor de elétrons 
NADH- doador de elétrons 
 
 E’°= - 0,197 V –(- 0,320 V) = 0,123 V. 
 
✓ Transportadores universais de elétrons: 
A redução desses transportadores em processos catabólicos resulta na conversão de 
energia livre liberada pela oxidação do substrato. NAD, NADP, FMN e FAD são 
coenzimas solúveis em água que sofrem oxidações e reduções reversíveis em muitas das 
reações de transferência de elétrons do metabolismo. 
 
O NAD é o dinucleotídeo de nicotinamida-adenina (derivado da vitamina niacina) e sua 
forma oxidada é o NAD+, seu análogo é o NADP, o qual na sua forma oxidada é NADP+. 
As duas coenzimas sofrem redução reversível do anel de nicotinamida. Desse modo, 
enquanto uma molécula do substrato sofre oxidação (desidrogenação), liberando 2 
átomos de hidrogênio, a forma oxidada do nucleotídeo recebe um íon hidreto (:H-), 
reduzindo os transportadores a NADH ou NADPH. 
 
 
NAD+ + 2e- + 2H+ → NADH + H+ 
NADP+ + 2e- + 2H+ → NADPH + H+ 
 
✓ Flavoproteínas: 
São enzimas que catalisam reações de oxidação-redução utilizando como coenzima o 
FMN e os dinucleotídeos de flavina-adenina (FAD)- derivadas da vitamina riboflavina. 
As formas totalmente reduzidas são o FADH2 e FMNH2, já quando um nucleotídeo de 
flavina totalmente oxidado recebe apenas um elétron (1 átomo de H), é produzida a 
forma semiquinona do anel isoaloxiza, abreviado como FADH e FMNH .