1ª Prova de Bioquímica II

Prévia do material em texto

1ª Prova de Bioquímica II 
Nome: Gabriela Garcia de Souza
1. Escreva a equação geral da respiração celular quando a glicose é o substrato, explique as etapas 1, 2 e 3 da respiração celular (descrever as vias desde a glicose até a produção de ATP) e qual a importância do oxigênio para estas etapas. (2,5) 
EQUAÇÃO GERAL DA RESPIRÇÃO CELULAR
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + energia
Por essa equação é possível verificar que a molécula de glicose (C6H12O6) é degradada de maneira a originar substâncias relativamente mais simples (CO2 e H2O). Essa quebra da molécula de glicose, entretanto, ocorre de forma gradativa, não comprometendo a vitalidade da célula. A primeira etapa da respiração celular consiste na produção de acetil-coa proveniente do piruvato, pelas vias (glicólise; beta-oxidação e transminação). A segunda etapa é a produção de CO2/NAD/FADH2 pelo ciclo do ácido cítrico. A terceira etapa é a produção de ATP pela cadeia transportadora de elétrons.
Na respiração, grande parte da energia química liberada durante oxidação do material orgânico se transforma em calor.
Essa produção de calor contribui para a manutenção de uma temperatura corpórea em níveis compatíveis com a vida, compensando o calor que normalmente um organismo cede para o ambiente, sobretudo nos dias de frio.
ETAPA 1 DA RESPIRAÇÃO CELULAR: GLICÓLISE
Na glicólise, a glicose—açúcar de seis carbonos— é quebrada sendo convertida em duas moléculas de piruvato. Ocorre no citosol e não depende de oxigênio para ser realizada. Possui dez reações que são divididas em duas etapas: Etapa preparatória – (reação 1 à reação 5) de glicose à gliceraldeídeo 3 fosfato. Etapa de pagamento – (reação 6 reação 10) de gliceraldeídeo 3 fosfato à piruvato. Nessas reações, produz-se 2 piruvato, 2 moléculas de ATP, 2 moléculas de H2O, 2NADH+H+
ETAPA PREPARATÓRIA
 
Reação 1. Um grupo fosfato é transferido de ATP para glicose, fazendo a glicose-6-fosfato.
A glicose-6-fosfato é mais reativa do que a glicose, e a adição do fosfato também prende a glicose dentro da célula, já que a glicose com um fosfato não pode atravessar a membrana facilmente.
Reação 2. A glicose-6-fosfato é convertida em seu isômero, frutose-6-fosfato.
Reação 3. Um grupo fosfato é transferido de ATP para frutose-6-fosfato, produzindo frutose-1,6-bifosfato. Esta etapa é catalisada pela enzima fosfofrutoquinase, que pode ser regulada para acelerar ou desacelerar a via da glicólise.
Reação 4. A frutose-1,6-bifosfato se divide para formar dois açúcares com três carbonos: fosfato de di-hidroxiacetona (DHAP) e gliceraldeído-3-fosfato. Esses são isômeros entre si, mas apenas um deles – o gliceraldeído-3-fosfato – pode continuar pelas próximas etapas da glicólise.
Reação 5. O DHAP é convertido em gliceraldeído-3-fosfato. As duas moléculas existem em equilíbrio, mas este equilíbrio é "puxado" fortemente para baixo, no esquema do diagrama acima, à medida que o gliceraldeído-3-fosfato é consumido. Assim, todo o DHAP é convertido ao final.
ETAPA DE PAGAMENTO
 
Reação 6. Duas reações parciais ocorrem simultaneamente: 1) Gliceraldeído-3-fosfato (um dos açúcares com três carbonos formado na fase inicial) é oxidado, e 2NAD+ é reduzido para NADH. A reação geral é exergônica, liberando energia que é então usada para fosforilar a molécula, formando 1,3-bisfosfoglicerato.
Reação 7. O 1,3-bifosfoglicerato doa um de seus grupos fosfato para ADP formando uma molécula ATP e transformando-se em 3-fosfoglicerato no processo.
Reação 8. o 3-fosfoglicerato é convertido em seu isômero, o 2-fosfoglicerato.
Reação 9. O 2-fosfoglicerato perde uma molécula de água, tornando-se fosfoenolpiruvato PEP.  PEP é uma molécula instável, pronta para perder seu grupo fosfato na etapa final da glicólise.
Reação 10. O PEP doa prontamente seu grupo fosfato para o ADP formando uma segunda molécula ATP. Quando perde seu fosfato, PEP converte-se em piruvato, produto final da glicólise.
ETAPA 2 DA RESPIRAÇÃO CELULAR: OXIDAÇÃO DO PIRUVATO
Ao final da glicólise, temos duas moléculas de piruvato que ainda contêm muita energia extraível. A oxidação do piruvato é o próximo passo na captura da energia restante na forma de ATP, embora nenhum ATP seja produzido diretamente durante a oxidação do piruvato.
Em eucariontes, esta etapa ocorre na matriz, o compartimento mais interno da mitocôndria. Em procariontes, ele acontece no citoplasma. Em geral, a oxidação de piruvato converte piruvato — uma molécula de três átomos de carbono — em acetilCoA— uma molécula de dois átomos de carbono ligada a coenzima A — produzindo um NADH e liberando uma molécula de dióxido de carbono no processo. AcetilCoA atua como combustível para o ciclo do ácido cítrico na próxima etapda da respiração celular. O piruvato é produzido pela glicólise no citoplasma, mas a oxidação do piruvato ocorre na matriz mitocondrial (nos eucariontes). Assim, antes que as reações químicas possam começar, o piruvato deve entrar na mitocôndria, atravessando sua membrana interna e chegando na matriz.
ETAPAS: 
Reação 1. Um grupo carboxila é retirado do piruvato e liberado na forma de uma molécula de dióxido de carbono, deixando uma molécula com dois carbonos para trás.
Reação 2. A molécula com dois carbonos da etapa 1 é oxidada e os elétrons perdidos na oxidação são capturados pelo  NAD para formar  NADH.
Etapa 3. A molécula com dois carbonos oxidada—um grupo acetil, destacado em verde— une-se à Coenzima A CoA,uma molécula orgânica derivada da vitamina B5, para formar acetil CoA. Acetil CoA é às vezes chamado de molécula carreadora e seu trabalho aqui é carregar o grupo acetil para o cilo do ácido cítrico.
As etapas acima são realizadas por um grande complexo enzimático chamado piruvato desidrogenase, no qual consiste em três enzimas interconectadas e inclui mais de 60 subunidades. Em duas etapas, os intermediários da reação, na verdade, formam pontes covalentes com o complexo enzimático - ou, mais especificamente, com seus cofatores. A piruvato desidrogenase é um importante alvo para regulação, a medida que controla a quantidade de acetilCoA que entra no ciclo do ácido cítrico.
Porque produzir acetil CoA ? 
Acetil CoA serve de combustível para o ciclo do ácido cítrico na próxima etapa da respiração celular. A adição de CoA ajuda a ativar o grupo acetil, preparando-o para sofrer as reações necessárias para entrar no ciclo do ácido cítrico.
ETAPA 3 DA RESPIRAÇÃO CELULAR: CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO
O ciclo do ácido cítrico é um condutor central da respiração celular. 
Ele pega acetilCoA produzida pela oxidação do piruvato e originalmente derivada da glicose como matéria prima e, em uma série de reações redox, guarda muito de sua energia de ligação na forma de moléculas de NADH, FADH,FADH2​ e ATP. Os carreadores reduzidos de elétrons NADH e FADH2 gerados no ciclo do ácido cítrico vão transferir seus elétrons para a cadeia transportadora de elétrons e, através da fosforilação oxidativa, vão dar origem a maior parte dos ATPs produzidos na respiração celular.
Em eucariontes, o ciclo do ácido cítrico ocorre na matriz da mitocôndria, assim como a conversão do piruvato em acetilCoA. Em procariontes, ambas as etapas ocorrem no citoplasma. O ciclo do ácido cítrico é um circuito fechado, ou seja, a última fase do percurso forma a molécula usada na primeira. O ciclo inclui oito etapas principais.
Etapa 1. Na primeira etapa do ciclo do ácido cítrico, o acetilCoA se liga a uma molécula com quatro carbonos, o oxaloacetato, liberando o grupo CoA e formando uma molécula com seis carbonos, chamada citrato.
Etapa 2. Na segunda etapa, o citrato é convertido em seu isômero, o isocitrato. 
Na realidade, este é um processo com duas etapas, que envolve primeiramente a remoção e em seguida a adição de uma molécula de água, por isso o ciclo do ácido cítrico é algumas vezes descrito como tendo nove etapas (em vez das oito listadas aqui).
Etapa 3. Na terceira etapa, o isocitrato é oxidado e libera uma molécula de dióxido de carbono, restando uma molécula com cinco carbonos(o alfacetoglutarato). Durante esta etapa, o NAD, é reduzido, NADH. A enzima catalisadora desta etapa, a isocitrato desidrogenase, é importante na regulação da velocidade do ciclo do ácido cítrico.
Etapa 4. A quarta etapa é semelhante à terceira. Neste caso, o alfacetoglutarato é oxidado, reduzindo o NAD a NADH e liberando uma molécula de dióxido de carbono no processo. A molécula restante, com quatro carbonos, se liga à Coenzima A, formando um composto instável, a succinilCoA. A enzima catalisadora desta etapa, a alfacetoglutarato desidrogenase, também é importante na regulação do ciclo do ácido cítrico.
. Etapa 5. Na quinta etapa, o CoA do succinil CoA é substituído por um grupo fosfato, que em seguida é transferido ao ADP para formar ATP. Em algumas células, GDP—guanosina difosfato— é usada no lugar de ADP, formando GTP — guanosina trifosfato—como produto. 
A molécula de quatro carbomos formada nessa etapa é chamada de succinato
Etapa 6. Na etapa seis, o succinato é oxidado formando outra molécula com quatro carbonos, chamada fumarato. Nessa reação, dois átomos de hidrogênios—com seus elétrons—são transferidos para FAD, produzindo FADH2. A enzima que realiza essa etapa se encontra inserida na membrana interna da mitocôndria, portanto FADH2 pode transferir seus elétrons diretamente para a cadeia transportadora de elétrons. 
Etapa 7. Na etapa sete, água é adicionada à molécula de fumarato, com quatro carbonos, convertendo-a em outra molécula com quatro carbonos, o malato.
Etapa 8. Na última etapa do ciclo do ácido cítrico, o oxaloacetato—o composto de quatro carbonos inicial—é regenerado através da oxidação do malato. Outra molécula de NAD é reduzida a NADH no processo.
Em uma única volta do ciclo:
· dois carbonos entram pela acetilCoA, e duas moléculas de dióxido de carbono são liberadas;
· três moléculas de NADH e uma molécula de FADH2 são geradas; e uma molécula de ATP ou GTP é produzida.
Esses valores são para uma volta do ciclo, correspondendo a uma molécula de acetil CoA. 
Cada glicose produz duas moléculas de acetilCoA, então temos que multiplicar esses números por 222, se quisermos o rendimento por glicose.
A cada volta, dois carbonos do acetilCoA entram no ciclo do ácido cítrico e duas moléculas de dióxido de carbono são liberadas. No entanto, as moléculas de dióxido de carbono não contêm os átomos de carbono do acetilCoA que acabou de entrar no ciclo. Em vez disso, os carbonos do acetilCoA são inicialmente incorporados nos intermediários do ciclo e liberados na forma de dióxido de carbono somente durante voltas mais tardias. Após um número suficiente de voltas, todos os átomos de carbono do grupo acetila do acetilCoA serão liberados na forma de dióxido de carbono.
A IMPORTÂNCIA DO OXIGÊNIO
Quando o oxigênio está presente, o NADH pode passar seus elétrons para a cadeia transportadora de elétrons, regenerando NAD para ser usado na glicólise.
Alguns ATP são produzidos. Quando o oxigênio está ausente, as células podem usar outras vias mais simples para regenerar NAD. Nestas vias, o  NADH doa seus elétrons para uma molécula aceptora em uma reação que não produz ATP mas regenera o NAD para que a glicólise possa continuar. 
Este processo é chamado fermentação. 
A fermentação é uma estratégia metabólica primária para muitas bactérias e até mesmo algumas células no corpo, tais como as hemácias, dependem da fermentação para produzir seus ATP. 
A fermentação é outra via anaeróbica (não requer oxigênio) para a quebra da glicose, uma via que é realizada por muitos tipos de organismos e células. 
Na fermentação, a única via de extração de energia é a glicólise, com uma ou duas reações extras acrescentadas ao final. Na fermentação do ácido lático, o  NADH transfere seus elétrons diretamente ao piruvato, gerando o lactato como subproduto. O lactato, que é apenas a forma desprotonada do ácido lático, dá nome ao processo. As bactérias que produzem iogurte realizam fermentação do ácido lático, assim como as hemácias em nossos organismos, as quais não têm mitocôndrias, portanto não podem realizar a respiração celular. Células musculares também realizam fermentação do ácido lático, porém somente quando têm muito pouco oxigênio para a respiração aeróbia continuar — por exemplo, quando você já se exercitou demais. O ácido láctico produzido nas células musculares é transportado através da corrente sanguínea para o fígado, onde são convertidos novamente em piruvato e processados normalmente nas reações restantes da respiração celular.
Outro processo familiar de fermentação é a fermentação alcoólica, na qual o NADH doa seus elétrons a um derivado do piruvato, produzindo etanol.
Passar de piruvato a etanol é um processo de duas etapas. Na primeira etapa, um grupo carboxila é removido do piruvato e liberado na forma de dióxido de carbono, produzindo uma molécula de dois carbonos chamada acetaldeído. Na segunda etapa,  o NADH passa seus elétrons para o acetaldeído, regenerando o  NAD+ e produzindo etanol.
A fermentação alcoólica por leveduras produz o etanol, encontrado em bebidas alcoólicas como a cerveja e o vinho. No entanto, o álcool é tóxico para leveduras em grandes quantidades (tal como é para os seres humanos), o que coloca um limite superior sobre o percentual de álcool nessas bebidas. A tolerância ao etanol por leveduras varia de cerca de 5% a 21%, dependendo da cepa da levedura e condições ambientais.
2. Quais as consequências de uma alimentação deficiente em vitaminas para a respiração celular. (0,75)
Muitas enzimas não funcionam otimamente, ou nem sequer funcionam, a não ser quando ligadas a outras moléculas não-proteicas auxiliares chamadas cofatores. 
Estas moléculas podem estar ligadas às enzimas temporariamente por ligações iônicas ou de hidrogênio, ou ligadas permanentemente através de ligações covalentes mais fortes. Os cofatores mais comuns incluem íons inorgânicos como o ferro Fe2 e o magnésio Mg2+. 
Por exemplo, a enzima que constrói as moléculas de DNA, a DNA polimerase, requer íons de magnésio para funcionar. As coenzimas são um subconjunto de cofatores que são moléculas orgânicas (base de carbono). As fontes mais comuns de coenzimas são as vitaminas nutricionais. Algumas vitaminas são precursoras de coenzimas e outras agem diretamente como coenzimas. Por exemplo, a vitamina C é uma coenzima para várias enzimas que participam da construção da proteína colágeno, uma parte fundamental do tecido conjuntivo.
 3. Qual o saldo em ATP da oxidação de uma molécula de glicose na respiração celular? Indique todas as etapas que contribuem para a produção de ATP. (0,75)
 4. A oligomicina e o cianeto inibem a fosforilação oxidativa tanto quando o substrato é o piruvato quanto quando o substrato é o succinato. O dinitrofenol pode ser utilizado para distinguir entre esses dois inibidores. (1,5) 
a. Explique o efeito do dinitrofenol e dos inibidores. 
Faça a representação gráfica do efeito dos inibidores e do dinitrofenol.
O cianeto é um inibidor do complexo IV, por isso ele inibe a cadeia transportadora de elétrons e bloqueia a síntese de ATP, parando o consumo de oxigênio.
A oligomicina age como um inibidor da FO, através do bloqueio da passagem de prótons pela ATP-sintse, impedindo a síntese da mesma. 
O dinitrofenol é um desacoplador entre a cadeia transportadora de elétrons e a FO por que ele transporta os prótons entre o espaço intramembrana e a matriz mitocondrial, o que restaura a cadeia transportadora de elétrons e consequentemente restaura o consumo de oxigênio.
b. Explique como se pode distinguir os dois inibidores usando-se o dinitrofenol. 
Cianeto: Bloqueia o síntese de ATP, parando o consumo de oxigênio.
Oligomicina: Bloqueia a síntese da ATP pela ATP-sintase, fazendo com que os prótons não possam entrar na cadeia se acumulando fora da mitocôndria. A cadeia não precisará bombear mais prótons, e consequentemente irá parar. Fo (se liga à oligomicina inibido da ATP sintase)
Dinitrofenol: transporta os prótons entre o espaço intramembrana e a MM sem ser necessário a passagem pela ATP-sintase,restaurando a CTE. Suas células irão interpretar que você está precisando de energia então mais prótons serão bombeados.
Logo, consegue-se diferenciar ambos os inibidores devido a ação do dinitofenol ser independente da ATP-sintase, dando continuidade na cadeia mesmo com a ação da oligomicina na Fo, o que não ocorre no caso do cianeto, pois o bloqueio da síntese de ATP causa parada no consumo de oxigênio, que consequentemente leva à morte celular. 
c. Explique uma forma de distinguir quando o substrato for o piruvato e quando o substrato for o succinato. 
No cliclo do ácido cítrico, na mitocôndria, temos as Desidrogenases (reação: 3, 4, 6 e 8), e todas essas etapas produzem NADH e FADH2 , que é de onde vem os elétrons bombeados pela cadeia transportadora de elétrons. 
Succinato Desidrogenase: FADH2
Piruvato: 
 
5. Explique os destinos da glicose no estado alimentado no cérebro, fígado, músculo e hemácia (não é para desenhar as vias, apenas o nome das vias e mais importantes, quais enzimas regulatórias e hormônios regulam). (1,5)
6. Explique a origem da glicose no jejum (nome das vias, local do organismo, enzimas e hormônios). (1,5)
 7. Explicar o que é fermentação, características e produtos da fermentação ruminal. (1,5)