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METABOLISMO
METABOLISMO
• Metabolismo é o conjunto de transformações
(reacções químicas) que as substâncias químicas
sofrem no interior dos organismos vivos
(células).
• Estas reacções são responsáveis pelos processos
de síntese e degradação dos nutrientes na célula
e constituem a base da vida, permitindo o
crescimento e reprodução das células, mantendo
as suas estruturas e adequando respostas aos
seus ambientes.
• Anabolismo
 A parte do metabolismo que se refere à
complexidade de substâncias num organismo, ou
seja, a partir de moléculas mais simples, são criadas
moléculas mais complexas.
• Catabolismo
 A parte do metabolismo que se refere à assimilação
ou processamento da matéria adquirida para fins de
obtenção
de
energia.
Parte
sempre
de
macromoléculas,
que
contêm
quantidades
importantes de energia (glicose, triglicéridos, etc).
Estas substâncias são transformadas de modo a que
restem, no final, micromoléculas, pobres em energia
(H2O, CO2, NH3), aproveitando, o organismo, a
formação e libertação de energia resultante deste
processo.
Relações
energéticas
entre
anabolismo e
catabolismo
CAMINHOS METABÓLICOS
• Os “caminhos” metabólicos são séries de reacções enzimáticas
interligadas, que produzem produtos específicos.
• Os processos catabólicos e anabólicos estão relacionados da
seguinte maneira:
▫ nos processos catabólicos, complexos compostos (metabólitos)
são “partidos” em produtos mais simples;
▫ a energia livre libertada neste processo é conservada pela
consequente síntese de ATP a partir de ADP+Pi, ou pela redução
do coenzima NADP+ para NADPH.
• O ATP e o NADPH são as mais importantes fontes de energia
para as reacções anabólicas.
• O acetil-coenzimaA participa na maior parte dos processos
catabólicos.
Caminhos Metabólicos do Organismo
Considerações Termodinâmicas
• Os mecanismos metabólicos são irreversíveis.
▫ Uma reacção altamente exergónica é irreversível; se se tratar de uma
reacção em vários passos, se um deles for irreversível, então todo o
processo se torna irreversível.
• Todos os mecanismos metabólicos têm um primeiro passo
cometido.
▫ Embora a maioria das reacções metabólicas estejam muito próximas do
equilíbrio químico, há quase sempre uma reacção exergónica irreversível
num dos primeiros passos do metabolismo.
• Os mecanismos catabólico e anabólico são diferentes.
▫ Se um metabolito é convertido noutro metabolito por um processo
exergónico, tem que ser fornecida energia livre para converter o segundo
metabolito novamente no primeiro e assim diferentes caminhos de
reacção têm de ser tidos em conta pelo menos nalguns passos.
Estrutura do fosfato inorgânico (ATP)
O ATP (adenosina trifosfato), que aparece em todas as formas de vida conhecidas,
consiste numa adenosina (adenina+ribose) na qual três grupos fosforil (-PO32-)
estão sequencialmente ligados por uma ligação fosfoéster e duas ligações
fosfoanídricas.
A importância biológica do ATP assenta na grande quantidade de energia que
acompanha a quebra das suas ligações fosfoanídricas.
Grupos Funcionais -Tipos de Reacções
Reacção de oxidação redução
Grupos funcionais
METABOLISMO DOS GLÚCIDOS
ENERGIA DO METABOLISMO
• Cada macromolécula é dividida noutras mais pequenas.
▫ Glúcidos – açúcares simples
▫ Lípidos – ácidos gordos e glicerol
▫ Proteínas – aminoácidos
• Cada etapa da sua cisão deve ser um processo
controlado.
• ATP – unidade básica de transferência de energia.
NADH – NICOTINAMINA ADENINA DINUCLEÓTIDO
FADH2 – FALVINA ADENINA DINUCLEÓTIDO
VISÃO GERAL DOS PROCESSOS CATABÓLICOS
PROTEÍNAS
GLÚCIDOS
LÍPIDOS
1ª ETAPA
AMINOÁCIDOS
AÇUCARES
SIMPLES
ÁCIDOS
GORDOS
GLICÓLISE
PIRUVATO
ATP
2ª ETAPA
ACETIL CoA
CICLO DO ÁCIDO
CÍTRICO
FOSFORILAÇÃO
OXIDATIVA
3ª ETAPA
ATP
• Fígado e vesícula biliar
▫ Produzem sais biliares.
▫ Emulsionam as gotas de gorduras – digestão mais
fácil.
• Intestino delgado
▫ Degradação posterior.
▫ Produz aminoácidos, hexoses, ácidos gordos e
glicerol.
▫ Desloca materiais para o sangue para serem
transportados às células.
PRIMEIRA ETAPA
• Hidrólise dos alimentos em subunidades mais
pequenas (sistema digestivo).
▫ Glândulas salivares
 Segregam amilase – digere amido.
▫ Estômago
 Segrega HCl – desnatura as proteínas e pepsina.
▫ Pâncreas
 Segrega enzimas proteolíticos e lipases.
 Degradam proteínas e lípidos.
SEGUNDA ETAPA
• Conversão de monómeros numa forma que pode
ser oxidada completamente.
▫ Açúcares – começa com a glucose ou frutose –
convertida em acetil-CoA.
▫ Aminoácidos – todos os desaminados podem
entrar em qualquer etapa.
▫ Ácidos gordos – convertidos em acetil-CoA.
TERCEIRA ETAPA
• Oxidação completa de nutrientes e a produção
de ATP.
▫ Tudo é convertido em acetil-CoA
▫ O acetil entra no ciclo do ácido cítrico
▫ Onde é convertido em CO2 e energia (ATP)
METABOLISMO DA GLUCOSE
VIAS METABÓLICAS A PARTIR DA GLUCOSE-6-P
Glucose
Ácido Láctico
Poliósidos
Glucose-6-P
Glicólise
Ciclo de Krebs
Ácido Pirúvico
CO2 + H2O
Ácidos Gordos
Glicerol
Lípidos
Aminoácidos
Proteínas
Pentoses
Ácido Pirúvico
GLICÓLISE
Catabolismo da Glucose
• 1ª etapa do metabolismo dos glúcidos.
• Os
açúcares
simples
são
degradados
em
piruvato.
• Processo anaeróbico (Fermentação) – não é
necessário oxigénio.
• Todos os seres vivos utilizam este processo.
A glicólise é o processo que leva à “quebra” da glucose. É
a sequência de dez reacções enzimáticas, na qual uma
molécula de glucose é convertida em duas moléculas de
gliceraldeído-3-fosfato. Dos três piruvatos carbónicos há
o aparecimento de 2 ATP’s. A glicólise é extremamente
importante pois tem um papel de destaque no
fornecimento de energia sob a forma de ATP e na
preparação da glucose e outros compostos para
seguintes degradações oxidativas.
• A glicólise pode ser decomposta em duas partes:
• Parte I (Investimento energético – reacções 1-5)
▫ Na sua fase inicial a glucose é fosforilada e partida de
forma a “aguentar” duas moléculas de fosfato. Este
processo consome 2 ATP’s.
• Parte II (Recuperação energética – reacções 610)
▫ As duas moléculas de gliceraldeído-3-fosfato
convertidas em piruvato, com a redução de 4 ATP’s.
são
• Assim a glicólise vai ter um balanço total positivo de 2
ATP’s, visto que na fase inicial são gastos dois ATP’s.
Equação geral da glicólise
Parte I
ENZIMAS E REACÇÕES DA PARTE I
• Hexocinase: Primeira utilização do ATP:
▫ A reacção 1 da glicólise é a transferência de um grupo fosforil do ATP
para a glucose, formando glucose-6-fosfato (G6P), numa reacção
catalisada pelo enzima hexocinase.
• Isomerase fosfoglucosídica:
▫ A reacção 2 da glicólise é a conversão do G6P em frutose-6-fosfato (F6P),
através da acção do enzima isomerase fosfoglucosídica (transformação
de uma hexose numa pentose).
• Fosfofrutocinase: segunda utilização de ATP:
▫ A reacção 3 da glicólise é catalisada pelo enzima fosfofrutocinase. Este
último fosforila o F6P, formando fructose-1,6-bifosfato (FBP ou F1,6P).
Esta reacção é semelhante à reacção 1 e também se dá na presença do ião
Mg2+.
• Aldolase:
▫ A reacção 4 da glicólise é catalisada pelo aldolase e é onde há a quebra do
FBP para formar duas trioses: gliceraldeído-3-fosfato (GAP) e
dihidroxoacetonofosfato (DHAP).
• Isomerase Fosfotriose:
▫ A reacção 5 da glicólise, apenas o GAP continua o processo glicolítico. No
entanto, como o GAP e o DHAP são isómeros funcionais aldeído-cetona,
podem ser interconvertidos por uma reacção de isomerização por
intermédio de um enodiol. O triosefosfato isomerase catalisa este
processo.
Parte II
ENZIMAS E REACÇÕES DA PARTE II
• Gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase: primeira formação
energética:
▫ A reacção 6 da glicólise é a oxidação e fosforilação do GAP pelo NAD+ e
Pi, catalisada pelo enzima gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase. Nesta
reacção (oxidação aldeídica), uma reacção exergónica conduz à síntese
do altamente energético 1,3-bofosfoglicerato (1,3-BPG).
• Fosfoglicerato-cinase: primeira formação de ATP:
▫ Na reacção 7 da glicólise forma-se 1 ATP, sobrando 3-fosfoglicerato
(3PG), numa reacção catalisada pelo enzima fosfoglicerato-cinase. De
notar a ligação Mg2+-ADP.
• Fosfoglicerato-mutase:
▫ Na reacção 8 da glicólise 3PG é convertido em 2-fosfoglicerato (2PG)
pelo enzima fosfoglicerato-mutase. Um mutase cataliza a troca
intramolecular de um grupo funcional de uma posição para outra.
• Enolase: segunda formação energética:
▫ Na reacção 9 o 2PG é desidratado para fosfoenolpiruvato (PEP), numa
reacção catalisada pelo enolase.
• Piruvato-cinase: segunda formação de ATP:
▫ Na última reacção (10) da glicólise, o enzima pirovato-cinase junta a
energia livre resultante da “quebra” do PEP, sintetizando ATP e
formando piruvato.
Três destinos possíveis para o Piruvato
formado na Glicólise
PIRUVATO É O ACEITADOR TERMINAL NA
FERMENTAÇÃO DO ÁCIDO LÁCTICO
• Quando os tecidos humanos não são fornecidos com
oxigénio suficiente para suportar a oxidação aérobica do
piruvato e do NADH produzidos na glicólise, o NAD+ é
regenerado pela redução do piruvato em lactato.
(fígado – ciclo de Cori).
ETANOL É O PRODUTO DA REDUÇÃO NA
FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA
• Os microorganismos fermentam a glucose em etanol e
CO2, em vez de lactato. A glucose é convertida em
piruvato pela glicólise, e o piruvato é convertido em
etanol e CO2 num processo de duas etapas:
CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO
• Etapa final do metabolismo dos glúcidos, lípidos
e aminoácidos.
• É também chamado de ciclo de Krebs em honra
de Hans Krebs, primeira pessoa a descrevê-lo.
• É um processo com 9 etapas (8+1).
• É um ciclo oxidativo.
 Requer oxigénio (Aeróbico)
SÍNTESE DO ACETIL-COEZIMA A
• O acetil-coenzima A é formado do piruvato através de
descarboxilação oxidativa por um complexo multienzimático
(grupo de enzimas associadas entre si não covalentemente que
catalisam dois ou mais passos sequenciais de um processo
metabólico) chamado desidrogenase pirúvica.
• Este complexo possui múltiplas cópias de três enzimas: E1, E2 e
E3.
• O complexo desidrogenase pirúvica catalisa cinco reacções
sequenciais:
▫ O piruvato é oxidado a acetato, com a libertação de CO2.
▫ Alguma energia da oxidação é conservada pela redução de
NAD+ a NADH.
▫ Parte da energia restante é armazenada temporariamente,
adicionando a molécula de CoAAcetil-CoA.
ENZIMAS E REACÇÕES DO CICLO DO ÁCIDO
CÍTRICO
• Reacção 1: Citrato sintase
▫ O enzima citrato sintase medeia a reacção da Acetil-CoA e oxaloacetato a
citrato.
• Reacção 2: Aconitase
▫ Mediador da reacção de isomerização do citrato a isocitrato.
• Reacção 3: Isocitrato desidrogenase
▫ Este enzima conduz à descarboxilação oxidativa do isocitrato a αcetoglutarato.
• Reacção 4: a-cetoglutarato desidrogenase
▫ Esta reacção é a reacção de descarboxilação oxidativa do α-cetoglutarato
a succinil-CoA.
• Reacção 5: Succinil-CoA sintetase
▫ Hidrólise da succinil-CoA a succinato por fosforilação do GTP.
• Reacção 6: Succinato desidrogenase
▫ Desidrogenação estereoespecífica do succinato a fumarato.
• Reacção 7: Fumarase
▫ Hidratação estereoespecífica do fumarato a L-malato.
• Reacção 8: Malato desidrogenase
▫ Oxidação do L-malato a oxaloacetato.
REGULAÇÃO DO CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO
• A disponibilidade de substratos, a inibição pelos
produtos e a inibição por feedback por outros
intermediários do ciclo, influenciam a
operacionalidade deste ciclo.
• O ciclo á assim regulado por mecanismos de
feedback, que coordenam a produção de NADH
com o gasto energético.
NATUREZA ANFIBÓLICA DO CICLO DE KREBS
Um trajecto metabólico ou é catabólico ou é
anabólico. O ciclo de Krebs é catabólico, pois
envolve degradação e é um importante sistema
de conservação energético nos organismos. No
entanto, muitos dos produtos intermediários
deste ciclo são usados em biossíntese, ou seja,
em reacções anabólicas. O ciclo de Krebs é assim
anfibólico (catabólico e anabólico em
simultâneo).
Balanço global em termos de número de moléculas de ATP
produzidas por molécula de glucose
• A energia do transporte electrónico é conservada através da síntese de
ATP pela fosforilação oxidativa:
▫ Por cada NADH são produzidas cerca de 2,5 moléculas de ATP.
▫ Por cada FADH2 são produzidas cerca de 1,5 moléculas de ATP.
Fase
NADH
FADH2
ATP
(formado)
ATP
(mobilizado)
Glicólise
2
2,5 X 2 +2 = 7 ou 5*
2
Formação de
Acetil CoA
2
2,5 X 2 + 2 = 7
Ciclo de Krebs
4
2
6 X 2,5 + 2 X 1,5 + 2
(GTP/ATP) = 20
SUB-TOTAL
34 ou 32
Total
2
32 ou 30
Nos músculos e no cérebro 3 ATP
30 ATP por molécula de glucose => 2 Ciclos de Krebs
Uma molécula de glucose => 2 piruvatos
As três etapas do catabolismo das
proteínas, ácidos gordos e hidratos
de carbono na respiração celular.
Etapa 1: oxidação dos ácidos gordos,
glucose alguns aminoácidos produzem
acetil-CoA.
Etapa 2: oxidação de grupos acetil no
ciclo de Krebs inclui quatro passos onde
os electrões são abstraídos.
Etapa 3: os electrões são levados pelo
NADH e FADH2 são funilizados para
uma cadeia de transportadores de
electrões
mitocondriais
–
cadeia
respiratória – reduzindo o O2 a H2O.
Esta corrente de electrões leva à
produção de ATP.
MITOCÔNDRIA
• A mitocôndria é um organelo
celular que possui uma
membrana externa permeável
à maioria das micromoléculas
e uma outra membrana
interna, que contém uma
vasta área de invaginações. O
número
de
invaginações
chama-se crista e reflecte a
actividade respiratória da
célula, pois é aí que se dá o
transporte electrónico.
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
A fosforilação oxidativa é um processo pelo qual
é formado ATP quando os electrões são
transferidos do NADH e do FADH2 para o O2,
através de uma série de transportadores
electrónicos. A fosforilação ocorre na membrana
interna da mitocôndria. O ciclo de Krebs e a
oxidação dos ácidos gordos, que fornecem a
maior parte dos cofactores reduzidos, dão-se na
matriz mitocondrial. A oxidação e a fosforilação
são processos acoplados.
• A transferência electrónica dá-se passo a passo, do
NADH ou FADH2 para o O2, através de uma série de
transportadores electrónicos (I, III, IV), o que produz
um bombardeamento de protões para fora da matriz
mitocondrial. Gera-se assim uma força, que consiste
num gradiente de pH e num potencial electroquímico
transmembranar.
• O ATP é assim sintetizado quando os protões voltam a
entrar na matriz mitocondrial através de um complexo
enzimático (V-ATPase). A cadeia respiratória consiste
em 3 complexos enzimáticos (I, III, IV), ligados por dois
transportadores electrónicos: CoQ e Citocromo C.
• A energia livre libertada no transporte
electrónico é conservada de modo a ser utilizada
pelo ATPsintetase. Tal conservação energética é
chamada de acoplamento energético de
transdução de energia.
• Hipótese Quimiosmótica:
▫ Esta teoria pressupõe que á acoplamento do transporte
electrónico gerando a síntese de ATP devido à criação
de um gradiente protónico na membrana mitocondrial
interna.
• Dados experimentais que comprovam a Teoria
de Mitchell:
▫ 1. A fosforilação oxidativa requer membranas
intactas.
▫ 2. A membrana mitocondrial interna é impermeável a
iões, pois a sua livre difusão iria descarregar o
gradiente electroquímico.
▫ 3. Durante o transporte electrónico é gerado um
gradiente protónico através da membrana.
▫ 4. Compostos que aumentam a permeabilidade da
membrana a H+, dissipando assim o gradiente
electroquímico (desacopladores), permitindo o
transporte electrónico, mas parando a síntese de ATP.
▫ 5. O aumento artificial da acidez no exterior da
membrana estimula a síntese do ATP.
FORÇA PROTOMOTRIZ
Força protomotriz = Gradiente Químico (∆pH) + Potencial da
membrana (Em)
∆G= 2.3 RT ∆pH + Z ∆ψ F
Sendo:
 Z – carga do protão
 ∆ψ- potencial da membrana
 F- constante de Faraday
∆pH = (pH matriz) – (pH citosol)
METABOLISMO DO GLICOGÉNIO E
GLUCONEOGÉNESE
• O glicogénio funciona nos animais como uma
reserva de glucose (polimerizada) de fácil
mobilidade, sendo uma constante fonte de
glucose/energia para todos os tecidos. O
glicogénio é armazenado principalmente no
fígado.
• O glicogénio é assim um polímero de glicose,
com ligações α-1,4 em cadeia e ligações α-1,6
para as ramificações (cada ramificação tem de 8
a 12 resíduos).
Grânulos e Estrutura do Glicogénio
• Porquê glicogénio?
▫ 1. Regulação dos níveis de glucose no sangue, pois
o gerado pelo metabolismo das gorduras é
insuficiente.
▫ 2. Libertação da glucose entre refeições e durante
a actividade muscular, pois os músculos não
mobilizam a gordura tão rapidamente como o
glicogénio.
• Porquê estrutura ramificada?
▫ 1. Maior solubilidade.
▫ 2. Maior número de pontos de metabolização, ou
seja, vai possuir vários extremos não redutores
por onde a remoção sequencial se dá, tendo por
seu lado apenas um extremo redutor.
DEGRADAÇÃO DO GLICOGÉNIO
• A degradação do glicogénio dá-se através de um processo que
inclui 3 enzimas: glicogénio fosforilase, transferase e
fosfoglucomutase.
• 1. Glicogénio fosforilase
• 2. “Debranching enzyme”
(transferase)
• Este
enzima
remove
as
ramificações
do
glicogénio,
tornando os resíduos de glicose
acessíveis para a acção da enzima
glicogénio fosforilase.
• 3. Fosfoglucomutase
• Converte G1P em G6P, que pode ter vários destinos metabólicos.
SÍNTESE E TRANSPORTE DA GLUCOSE
CONTROLO DO METABOLISMO DO
GLICOGÉNIO
• A síntese e degradação do glicogénio são exergónicos em
condições fisiológicas, logo, tal facto torna a sua
regulação importante, de acordo com as necessidades
celulares. Assim, o glicogénio fosforilase entra em
“competição” com o glicogénio sintetase, consoante as
necessidades do organismo em questão.
• O controlo dá-se por:
▫ 1. Regulação alostérica: controlo da concentração de
cada uma dos enzimas anteriores por inibidores.
▫ 2. Modificações covalentes, por controlo hormonal:
▫ Insulina, situado no fígado, estimula a síntese do
glicogénio.
▫ Epinefrina (músculo) e glucagon (fígado), estimulam a
degradação do glicogénio, mediada pelo AMP cíclico
(cAMP).
▫ 3. Regulação em cascata: fosforilação/defosforilação/
controlo hormonal.
• Para uma taxa de glucose baixa no sangue, temos:
Para uma taxa alta de glucose no sangue, temos:
CONTROLO DOS NÍVEIS DE GLUCOSE
• Insulina
▫ Hormona produzida pelas células beta do
pâncreas.
▫ Armazenada como pro-insulina (forma inactiva)
sob a forma de pequenos grânulos.
▫ A sua libertação é desencadeada pelo aumento dos
níveis de glucose no sangue.
▫ Estimula a absorção de glucose nos tecidos pela
ligação a receptores na membrana celular.
Permitindo assim a entrada de glucose na célula.
ACÇÃO DA INSULINA
• Glucagon
▫ Hormona produzida no pâncreas sob forma inactiva.
▫ Baixos níveis de glucose resulta a sua conversão numa
forma activa e é libertada.
▫ A sua entrada nas células do fígado (hepatócitos)
resulta na conversão do glicogénio em glucose. A
glucose é libertada no sangue.
• Epinefrina
▫ Adrenalina – hormona de emergência e combate.
▫ Também actua no sistema nervoso.
▫ Resulta uma prontidão rápida de todos os sistemas.
ACÇÃO DO GLUCAGON E DA EPINEFRINA