Metabolismo e Regulação Celular

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Bioquímica 
Rafaela Ferreira 
rafaelasf@gmail.com 
Bioenergética 
O que é metabolismo? 
 É uma série de reações químicas ligadas que começa com uma 
molécula em particular e a converte a alguma outra molécula ou 
moléculas de um modo cuidadosamente definido (Stryer) 
 
Reações metabólicas podem ser 
catabólicas ou anabólicas 
Catabolismo Anabolismo 
Metabólitos complexos 
Produtos simples 
Vias metabólicas podem ser convergentes, 
divergentes ou cíclicas 
Catabolismo 
Convergente 
Anabolismo 
divergente 
Via cíclica 
Algumas perguntas sobre 
reações do metabolismo: 
 Que reações ocorrem espontaneamente? 
 
 Como tornar uma reação mais favorável? 
 
 Por que algumas reações ocorrem mais rapidamente? 
A espontaneidade das reações está relacionada a 
variação da energia livre 
Δ G = Δ H - T Δ S 
 
 G – energia livre de Gibbs 
 Expressa a quantidade de energia capaz de realizar trabalho 
durante uma reação (temperatura e pressão constantes) 
 H – entalpia 
 Quantidade de calor do sistema. Δ H se refere a liberação (Δ H < 0) 
ou absorção de calor (Δ H > 0) 
 S - entropia 
 Medida da desordem do sistema 
 
Δ G < 0 – processo espontâneo 
 
Reações ocorrem espontaneamente quando a 
variação da energia livre é negativa 
Estado de transição 
Relação entre a espontaneidade de processos e 
a variação de energia 
O acoplamento de reações desfavoráveis a 
reações favoráveis permite sua ocorrência 
ΔG’o é definido para condições próximas das 
fisiológicas 
 ΔG’o é definido para as seguintes condições: 
 T = 25º C (298 K) 
 reagentes e produtos inicialmente presentes a 1 M 
 pH 7 
 55,5 M de água 
Valores de ΔG na célula dependem da 
concentração de reagentes e produtos 
Mais produtos do que reagentes 
ΔG menos negativo – processo menos favorável 
Mais reagentes do que produtos 
ΔG mais negativo – processo mais favorável 
A espontaneidade da reação é 
determinada por ΔG, não por ΔG’o ! 
A velocidade de uma reação está relacionada a 
energia de ativação 
 Maior energia de ativação = reação mais lenta 
Enzimas criam caminhos de reação de energia de 
ativação mais baixa 
Mais perguntas sobre reações do metabolismo: 
 Como obter energia para realizar reações? 
 
 Como regular quando uma via metabólica estará ativa? 
 Enzimas 
 Sinalização celular 
Regulação do metabolismo 
Sinais regulatórios: 
• Hormônios 
• Sistema Nervoso 
• Disponibilidade de Nutrientes 
Sinais provenientes de dentro da célula: 
• Ativado por substrato 
• Inibidores e ativadores alostéricos 
• Elicitam respostas rápidas – regulação momento 
a momento 
Sinais entre células: 
• Elicitam respostas mais lentas 
• Mediada por contato superfícies 
• Sinalização química (hormonios ou neurotransmissores) 
Regulação do metabolismo 
Controle da via na 1ª etapa 
Inibição da via pelo produto final 
O ATP é uma “moeda” de energia celular 
Catabolismo Anabolismo 
Metabólitos complexos 
Produtos simples 
A estrutura do ATP 
O ATP contém ligações fosfoanidrido ricas em energia 
Ligações fosfoanidrido podem ser hidrolisadas 
Liberação de energia pela hidrólise do ATP 
ATP + H2O = ADP + Pi + H
+ ΔG’o = - 7,3 kcal/mol 
ATP + H2O = AMP + PPi + H+ ΔG’
o = - 7,3 kcal/mol 
Condições fisiológicas 
 
ΔG mais negativo 
Hidrólise, com redução de 
repulsão de cargas 
Estabilização 
de cargas por 
ressonância 
Ionização 
A hidrólise do ATP pode ser acoplada a reações 
endergônicas, tornando-as favoráveis 
Geralmente a energia do ATP é obtida através da 
transferência do grupo fosfato 
Hidrólise do ATP em uma etapa: 
Apenas liberação de calor 
Hidrólise em duas etapas 
Aumento da energia 
livre do composto 
A síntese do ATP ocorre quando acoplada a 
reações muito exergônicas 
Como a célula controla a hidrólise de ATP? 
ALTA ENERGIA DE ATIVAÇÃO 
NECESSIDADE DE ENZIMAS PARA 
CATALISAR A HIDRÓLISE 
Reações de transferência de elétrons 
são comuns nas células 
 Reações de redução muitas vezes envolvem hidrogenação 
 Espécies reduzidas podem posteriormente oxidar outras 
moléculas 
OXIDAÇÃO 
A perde e- 
REDUÇÃO 
B ganha e- 
A e- 
e- 
A 
B e- 
e- 
B 
R
ed
uç
ão
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o 
ca
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on
o 
Reações de redução são comuns no anabolismo, 
para a síntese de metabólitos complexos 
Catabolismo Anabolismo 
Metabólitos complexos 
Produtos simples 
Carreadores de elétrons – NADH e NADPH 
NADP+ é fosforilado neste oxigênio 
 
Carreadores de elétrons – FAD e FMN 
 Competitiva 
 FMN 
FAD 
Existem diversas moléculas carreadoreas nas células