Introdução ao Metabolismo

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Introdução ao Metabolismo
✓ Metabolismo é o conjunto de reações químicas que visa a troca de energia 
para a manutenção da vida 
✓ Atividade celular altamente coordenadas por vias metabólicas 
✓ Essas vias metabólicas mantém o funcionamento normal do corpo, mantém a 
viabilidade da célula por meio de: 
1. Obtenção de energia química – ATP 
2. Conversão de moléculas dos nutrientes em moléculas próprias – digestão 
(glicose, glicogênio....) 
3. Polimeriza precursores monoméricos em macromoléculas 
4. Sintetiza e degrada as biomoléculas necessárias para as funções 
celulares especializadas 
✓ Erros nas vias metabólicas ocasionam doenças 
 
➢ Propriedades dos organismos vivos 
✓ Possuem estrutura complexa cuja unidade básica de organização é a célula 
✓ Adquirem, transformam, armazenam e utilizam energia – na natureza nada se 
perde ou se cria, tudo se transforma 
✓ Sentem e respondem aos meios externo e interno – sensores e receptores 
✓ Mantém a homeostase por meio dos sistemas de controle interno com 
retroalimentação 
✓ Armazenam, utilizam e transmitem informações 
✓ Reproduzem-se, desenvolvem-se, crescem e morrem 
✓ Possuem propriedades emergentes que não podem ser previstas a partir da 
soma simples das partes 
✓ Os indivíduos adaptam-se e as espécies evoluem 
 
➢ Funções metabólicas das organelas eucarióticas 
✓ Mitocôndria: ciclo do ácido cítrico, transporte de elétrons e fosforilação 
oxidativa, oxidação de ácidos graxos, degradação de aminoácidos 
✓ Citosol: glicólise, ciclo das pentoses, biossíntese de ácidos graxos, muitas 
reações de gliconeogênese 
✓ Lisossomos: digestão enzimática de componentes celulares e matéria ingerida 
✓ Núcleo: replicação do DNA, transcrição, processamento do RNA 
✓ Golgi: processamento pós-traducional de proteínas de membrana e proteínas 
que serão secretadas, formação da membrana plasmática e de vesículas 
secretoras 
✓ RER: síntese de proteínas ligadas a membranas e proteínas que serão 
secretadas 
✓ REL: biossíntese de lipídeos e esteroides 
✓ Peroxissomo (glicoxissomo nas plantas): reações oxidativas catalisadas por 
aminoácido-oxidases e pela catalase, nas plantas, reações do ciclo do glioxilato 
 
➢ Transferência de energia no ambiente 
Fotossíntese → O2 + glicose → Respiração → CO2 + H2O 
✓ A fotossíntese nas plantas produz O2 e energia armazenada nas biomoléculas 
que são utilizadas pelo processo de respiração nas células humanas onde produz 
energia para o trabalho, para armazenamento nas biomoléculas 
✓ Trabalho = transportes, contração, condução de impulsos nervosos, síntese de 
proteínas.... 
 
✓ Converte energia armazenada para formas ATP que será gasto para a 
realização dos trabalhos/processos biológicos 
✓ Os processos biológicos utilizam a energia do ATP a partir da oxidação de 
nutrientes 
- Fosforilação oxidativa: ADP + Pi → oxidação de nutrientes → ATP → 
processos que requerem energia 
- Oxidação de carboidratos, lipídeos e proteínas: a lógica do metabolismo 
 → carboidratos (glicose), PTN’s (aa’s), lipídeos (ác. graxos) 
 → glicose e ácidos graxos (CHO) podem ser oxidados 
 → AA’s = CHONPS 
→ PORRE = perde-oxida (perde elétrons) + recebe-reduz (recebe 
elétrons) 
→ oxidação quebra as ligações, faz com que perde elétrons e 
prótons 
→ coenzimas (NAD e FAD) que auxiliam o processo de oxidação, 
transportando os prótons e elétrons “sobrando” (reações de 
oxirredução) 
→ prótons e elétrons são recebidos por coenzimas, que se 
reduzem 
→ no entanto, para continuar a receber prótons e elétrons, essas 
coenzimas (NADH e FADH2) se oxidam. 
→ a oxidação ocorre ao doarem prótons e elétrons a complexos 
proteicos da cadeia transportadora de elétrons 
→ cria-se um fluxo de elétrons até o oxigênio (aceptor final) além 
de um gradiente de prótons, que está vinculado a síntese de ATP 
→ a produção de ATP é ajustada de acordo com a demanda 
 
✓ Os seres vivos são constituídos de moléculas complexas 
✓ Moléculas complexas possuem baixa entropia 
✓ Reações termodinamicamente desfavoráveis devem ser impulsionadas por uma 
reação termodinamicamente favorável 
Ex: Glicose + Fosfato → Glicose 6-Fosfato + H2O (ΔGo' = +14 kJ.mol-1) 
 ATP + H2O → ADP + Fosfato (ΔGo' = -31 kJ.mol-1) 
 Glicose + ATP → Glicose 6-Fosfato + ADP (ΔGo' = -17kJ.mol-1) 
 
Anabolismo X Catabolismo 
✓ As reações podem ser de síntese ou degradação 
✓ No catabolismo temos macromoléculas que serão degradas em micromoléculas 
(glicose que é oxidada e origina CO2 + H2O) – gasta menos energia 
✓ No anabolismo temos a síntese a partir de moléculas precursoras 
(micromoléculas) em macromoléculas – gasta mais energia 
 
 
 
➢ Metabolismo: soma de todas as transformações químicas que ocorrem em uma 
célula ou organismo, por meio de uma série de reações catalisadas por enzimas que 
constituem a via metabólica 
✓ Reações termodinamicamente desfavoráveis são acopladas à reações 
favoráveis; 
✓ Vias metabólicas: reações enzimáticas acopladas → variação de energia 
livre é negativa; 
✓ O ATP é uma “moeda corrente” universal de energia livre nos sistemas 
biológicos; 
✓ ATP/ADP é o modo fundamental da troca de energia nos sistemas 
biológicos; 
✓ A hidrólise do ATP impulsiona o metabolismo para deslocar o equilíbrio das 
reações acopladas. 
✓ Carreadores ativados exemplificam o esboço econômico do metabolismo: 
- Carreadores ativados de elétrons para a oxidação de alimentos (NAD+ 
/NADH; FAD/FADH2 ); 
- Um carreador ativado de elétrons para biossínteses redutoras (NADPH); 
- Um carreador ativado de fragmentos de dois carbonos (coenzima A). 
- Os processos metabólicos são regulados de modos diferentes: 
→ quantidade de enzimas: alteração da velocidade de transcrição 
dos genes que as codificam – EXPRESSÃO GÊNICA – CONTROLE 
HORMONAL 
→ suas atividades catalíticas – CONTROLE ALOSTÉRICO e 
MODIFICAÇÃO COVALENTE 
→ Acessibilidade ao substrato 
 
➢ Anabolismo: (biossíntese) precursores menores e simples formam moléculas 
maiores e mais complexas 
✓ Consome energia 
✓ Síntese 
✓ Fase rica em energia 
✓ Transforma moléculas simples (alta entropia) em moléculas complexas 
(baixa entropia), consumindo energia 
✓ Neoglicogênese (2 moléculas de piruvato 3C em molécula de glicose 6C) 
✓ Glicogênese (inúmeras moléculas de glicose em glicogênio) 
 
➢ Catabolismo: é a fase de degradação do metabolismo, na qual moléculas complexas 
são convertidas em substâncias mais simples. As vias catabólicas liberam energia e 
parte dessa energia é conservada na forma de ATP e de transportadores de elétrons 
reduzidos (NADH, NADPH e FADH2 ) 
✓ Gera energia 
✓ Transformação de moléculas complexas (baixa entropia) em moléculas 
simples (alta entropia), liberando energia 
✓ Glicólise (glicose 6C em 2 moléculas de piruvato 3C) 
✓ Glicogenólise (glicogênio em inúmeras moléculas de glicose) 
OBS.: a energia liberada em uma via catabólica é aproveitada na síntese de ATP 
que, por sua vez, pode ser transferida para a síntese de um novo 
composto/molécula 
 
Tipos de Vias Metabólicas 
1. Catabolismo convergente: todos possuem um produto comum 
2. Anabolismo divergente: um intermediário em comum produz produtos 
diferentes 
3. Cíclica: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Bioenergética e Termodinâmica 
✓ A energia utilizada para a síntese do ATP é proveniente do metabolismo celular 
✓ É justificada pela 1ª lei da termodinâmica – energia constante 
✓ Observações quantitativas sobre Inter conversão de diferentes formas de 
energia levaram à formulação de duas leis fundamentais: 
→ 1ª Lei da Termodinâmica (princípio de conservação de energia): para 
qualquer mudança física ou química a quantidade total de energia permanece 
constante; a energia em um sistema não pode ser destruída nem criada, 
somente transformada 
→ 2ª Lei da Termodinâmica: o universo sempre tende para o aumento da 
desordem; entropia. – Tudo tende ao caos 
✓ As células só se mantêm organizadas porque gasta energia para seguir o 
roteiro 
✓ Necrose = grau máximo da entropia 
✓ Ao menos uma das reações das viasmetabólicas tem que ser irreversível, 
independente da via 
✓ Uma única reação irreversível, quando a via é ativada, ela garante a ocorrência 
da via no sentido da formação do produto final 
✓ A principal fonte de energia de uma célula é o ATP que é utilizado através da 
realização de reações endergônicas e exergônicas 
 
➢ Relação entre as variações de energia livre (G), entalpia (H) e entropia (S) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
❖ Energia Livre (G) 
✓ G negativo (-): perda/libera de energia – exergônica (exotérmica) → 
ESPONTÂNEA 
✓ G positivo (+): ganho/investe de energia – endergônica (endotérmica) → 
NÃO ESPONTÂNEA 
✓ G igual a 0: no equilíbrio → ESPONTÂNEA 
 
❖ Entalpia (H) 
✓ Calor liberado ou absorvido durante uma reação 
 
❖ Entropia (S) 
✓ Nível de desordem em um sistema 
✓ 2ª lei da termodinâmica: ”Com o passar do tempo, a quantidade de entropia 
aumenta” – ou seja, quanto maior o tempo, maior a desordem 
✓ A estrutura primária de uma proteína é a sequência de AA’s em uma ordem 
exata, portanto, a entropia é extremamente baixa 
✓ Os seres vivos mantém baixa entropia no sistema interno, por isso, é 
necessária uma fonte de energia