Metabolismo energético

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Metabolismo energético 
 
 
O metabolismo é um conjunto de reações 
químicas responsáveis pelos processos de síntese e 
degradação dos nutrientes na célula. As principais 
fontes de energia metabólica são os carboidratos, 
lipídios e proteínas, produtos de alto conteúdo 
energético ingerido. Os principais objetivos do 
metabolismo são produzir energia química em 
forma de ATP e NADH (NADPH, FADH2) para: 
• sintetizar moléculas complexas partindo de 
precursores simples = biossíntese 
• realizar um trabalho (contração muscular) 
Organismos vivos necessitam de energia para 
manter suas funções biológicas: movimento, 
transporte ativo e síntese. 
 
 Classificação 
Aeróbicos: Obrigatórios - utilizam O2 como agente 
oxidante para obter energia. Facultativos - 
ausência ou presença de oxigênio. 
Anaeróbicos: Utilizam agentes oxidantes como 
sulfato e nitrato. 
As reações químicas cooperam para as seguintes 
funções: 
• Obter e energia química (luz solar ou 
nutrientes) 
• Converter nutrientes 
• Polimerizar macromoléculas 
• Sintetizar e degradar biomoléculas 
especializadas. 
• Atividade celular coordenada - múltiplas 
enzimas colaborando para a obtenção de 
energia. 
 
 
 
 
 
As vias catabólicas e anabólicas estão 
relacionadas. O ATP e o NADPH produzidos pela 
degradação de metabólitos complexos são fonte 
de energia para reações biossintéticas e outras 
reações 
Anabolismo: síntese, formação de biomoléculas. 
ocorre quando a célula dispõe de energia ou 
substrato suficiente. As vias anabólicas (vias 
biossintéticas) são processos endergônicos e 
redutivos que necessitam de fornecimento de 
energia. 
Reações endorgônicas: Transporte ativo contra 
gradientes de concentração, síntese de 
biomoléculas, armazenamento de biomoléculas - 
Utilização de energia na forma de trabalho 
mecânico. 
Catabolismo: degradação ou “quebra” de 
compostos. ocorre em situações em que o 
organismo necessita de energia como, por 
exemplo, entre as refeições e no jejum. As vias 
catabólicas (vias degradativas) são processos 
exergônicos e oxidativos, realizam extração de 
energia e simplificação das moléculas a 
compostos comuns. 
 Vias Anfibólicas: é um conjunto de reações 
que podem ser tanto anabólicas como 
catabólicas, dependem da condição energética 
da célula 
As vias metabólicas ocorrem em locais específicos 
das células: 
• Mitocôndria: ciclo do ácido cítrico, 
fosforilação oxidativa, oxidação de ácidos 
graxos, degradação de aminoácidos 
• Citosol: glicólise, via das pentoses-fosfato, 
biossíntese de ácidos graxos, 
gliconeogênese 
• Lisossomo: digestão enzimática 
• Núcleo: replicação e transcrição de DNA, 
processamento do RNA 
• Aparelho de Golgi: processamento pós-
traducional de proteínas de membranas e 
proteínas secretoras, formação da 
membrana plasmática e vesículas 
• RER: síntese de proteínas ligadas a 
membranas e proteínas secretoras 
• REL: biossíntese de lipídeos de esteróides 
Introdução ao metabolismo 
Vias metabólicas 
 
 
 
 
 
 
• Peroxissomos (glioxissomos): reações de 
oxidação, catalisadas por 
aminoácidooxidases e catalase, reações 
do ciclo do glioxilato nas plantas 
 
A bioenergética ou termodinâmica bioquímica 
estuda a variação de energia que acompanha as 
reações que ocorrem na célula. Explicam o 
motivo de algumas reações químicas ocorrerem 
espontaneamente enquanto outras não. 
 Variação de energia livre (ΔG): é a porção 
da variação de energia livre do sistema, a 
diferença entre a energia do produto e reagentes, 
disponível para o trabalho. As reações podem ter 
a variação de energia livre igual a zero (ΔG = 0), 
negativa (ΔG-) ou positiva (ΔG+). Quando o ΔG é 
negativo, a reação ocorre espontaneamente 
com perda de energia, ela é exergônica. Já 
quando ΔG é positivo a reação somente ocorre 
quando a energia livre for fornecida, a reação é 
endergônica. Quando o ΔG é igual a zero não 
ocorrerá nenhuma variação na energia livre e o 
sistema é dito em equilíbrio. 
*Reações com valores de ΔG próximos de ZERO 
podem ser facilmente revertidas pela mudança 
nas concentrações de produtos e de reagentes. 
 
Entretanto, algumas enzimas que operam longe 
do equilíbrio estão estrategicamente localizadas 
nas vias metabólicas: As vias metabólicas são 
“irreversíveis” e cada via possui uma etapa inicial 
limitante. 
 
 
 
 
 
Ao serem metabolizados nas células, os nutrientes 
podem liberar prótons e elétrons, e seus átomos de 
carbonos são convertidos a CO2. Os prótons e 
elétrons são recebidos por coenzimas na forma 
oxidada (Como NAD+ e FAD), que passam assim 
a forma reduzida, que são formas carregadas 
com hidrogênio (NADH, NADPH e FADH2). 
A reoxidação das coenzimas reduzidas (NADH e 
FADH2) para suas formas oxidadas (NAD+ e FAD) 
ocorrem na última etapa do metabolismo 
aeróbico dos nutrientes, quando elas passam seus 
elétrons para o aceptor final de elétrons 
(oxigênio). Esse processo ocorre nas membranas 
mitocôndria. A energia derivada dessa oxidação 
é utilizada para sintetizar um composto rico em 
energia, a adenosina trifosfato (ATP), a partir de 
uma molécula de adenosina difosfato (ADP) e um 
fosfato inorgânico (Pi =HPO4 -). 
Formação do ATP 
O ATP é uma forma química de armazenamento 
de energia 
A energia química do ATP é utilizada para 
promover processos biológicos que requerem 
energia, como a contração muscular. A utilização 
da energia do ATP é feita pela transferência de 
grupo fosforila para moléculas aceptoras. ATP + X 
XP + ADP P= PO3 2- ATP é utilizado para a síntese 
de compostos fosforilados, um processo 
endergônico, ou seja, com a formação de uma 
molécula que retirou calor do sistema reacional 
para poder ser sintetizada. 
É a energia química do ATP que será usada para 
promover os processos biológicos que consomem 
energia. O aproveitamento da energia do ATP é 
feito associando a remoção do seu grupo fosfato 
terminal aos processos que requerem energia. A 
retirada do fosfato do ATP para ser utilizada nas 
funções acima não é por hidrólise (reação que 
ocorre utilizando uma molécula de água). Embora 
essa reação seja possível de acontecer 
espontaneamente, acontece numa velocidade 
muito baixa. A reação de hidrólise pode ser 
catalisada por enzimas denominadas ATPases que 
atuam junto a processos que requerem energia e 
tem suas atividades rigorosamente controladas. 
Se não acontecesse esse rigoroso controle 
qualquer célula se tornaria inviável, pois uma vez 
produzido o ATP a reação de hidrólise liberaria a 
Termodinâmica das reações 
 
 
 
 
Formação de compostos 
 
 
 
 
 
 
 
 
energia como calor uma forma de energia que 
não pode ser utilizada pelas células. 
O mecanismo de aproveitamento de energia do 
ATP é bem complexo e envolve a transferência do 
grupo fosfato do ATP para moléculas aceptoras. 
Essa transferência possibilita efetuar 
transformações importantes nas células, como a 
síntese de compostos fosfatados que não podem 
ser produzidos diretamente, por reação com 
fosfato inorgânico. 
 
Os Carreadores: coenzimas 
1. Existem carreadores ativados de elétrons 
para reações oxidantes: Flavina, Adenina, 
Nucleotídeo 
2. Existem carreadores ativados de elétrons 
para reações Biosintética Redutoras: 
Nicotinamida, adenina, dinucleotídeo, 
Forma Oxidada = NADP+, Forma reduzida 
= NADPH. Localizado preferencialmente 
no citoplasma 
3. Existe um carreador ativado de fragmentos 
de 2 carbonos: Coenzima A (CoA), que 
desempenha papel central no 
metabolismo e transporta unidades de 
acilas 
As coenzimas regulam reações enzimáticas, 
transferem prótons e elétrons. 
Holoenzimas são enzimas conjugadas. A unidade 
é formada por Apoenzima (porção protéica) + 
Coenzima (porção não protéica ou radical 
prostético) 
 
Como a modulação das enzimas regula as vias 
metabólicas e os níveis de catabolismoe 
anabolismo? 
• Concentração do substrato. 
• Regulação alostérica pelos co-fatores. 
• Outras formas de regulação: fosforilação e 
expressão proteica sinais extracelulares. 
Os co-fatores regulam a atividade enzimática. Eles 
transferem prótons e elétrons (reações de 
oxidação e redução). Todas as vitaminas 
hidrossolúveis com exceção da vitamina C são 
convertidas ou ativadas a co-fatores. 
Entre as vitaminas lipossolúveis (A,D,E,K) apenas a 
vitamina K é convertida a um co-fator. Além disso, 
os co-fatores podem carregar grupos funcionais 
como metil e acil. 
 
As reações metabólicas são altamente reguladas 
ocorrendo em diferentes compartimentos 
celulares. 
Reações de Ligação (Ligases): União de 
moléculas as custas da energia livre da clivagem 
de ATP 
Reações de Isomerização (Isomerases): Reações 
de rearranjo molecular  Prepara a molécula para 
reações subsequentes 
Reações de transferência (Transferases): Muito 
variáveis, o grupo fosforila é transferido do ATP 
para outra molécula para ativação de substrato 
Reações de Hidrólise (Hidrolases): A água quebra 
uma ligação, quebra de macromoléculas 
Reações de formação ou quebra de Ligações 
duplas (Liases): Grupos funcionais podem ser 
adicionados e a ligações duplas e podem ser 
removidos formando ligações duplas 
Reações irreversíveis são altamente exorgônicas 
Reações iniciais geralmente são irreversíveis. 
Reações reguladoras geralmente comprometem 
a via metabólica. 
Reações de oxidação de nutrientes 
 
Reações de óxido redução (Óxido-redutases): 
Envolve retirada (ou doação) de elétrons dos 
metabólitos, tem participação direta dos 
carreadores de elétrons: NAD+, NADP+ e FAD 
 
 
 
 
 
Coenzimas e co-fatores 
 
 
 
 
 
 
 
Reações metabólicas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. Controle alostérico: regulação por 
retroalimentação 
 
2. Modificações covalentes: inter-conversão 
enzimática 
3. Ciclos de substrato: duas reações opostas 
de não-equilíbrio e catalisadas por enzimas 
diferentes 
4. Controle Genético: síntese de proteínas 
em resposta às necessidades metabólicas 
5. Status Energético: as vias metabólicas não 
controladas pela ATP e ADP 
 
Os processos vitais precisam que as moléculas 
consumidas sejam decompostas para extrair 
energia e para que a formação de novas 
moléculas. O processo de extração de energia 
ocorre em uma série de etapas, as quais doadores 
de elétrons transferem energia aos aceptores de 
elétrons. As reações de óxido-redução são 
essenciais para a extração da energia de 
moléculas como a glicose. 
O principal transportador de elétrons é a 
nicotinamida adenina dinucleotídeo (NADH: 
forma reduzida, NAD+:forma oxidada). O NADH é 
oxidado a NAD+ quando perde 2 elétrons e o 
NAD+ é reduzido a NADH quando aceita 2 
elétrons. Os dois elétrons de cada NADH e os dois 
prótons se unem ao átomo de oxigênio para 
formar água na oxidação completa da glicose. A 
energia gerada nessa reação é conservada pela 
transformação de ADP (uma molécula de baixa 
energia) em ATP. A energia do ATP nunca é 
esgotada, ela é transferida nas reações químicas 
que requerem energia dentro da célula. 
Controle do fluxo metabólico 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Bônus: Resumo