Slide 1 - (LTC) de NUTES
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Mecanismos de síntese de ATP (parte 1) Fermentação Desde a antiguidade... - Fabricação de vinhos, queijos e pães - Comida exposta ao ar apodrecia Fermentação: do latim fermentare (fervura – bolhas) Em 1795... Nicholas Appert O “inventor da conserva” “A arte de conservar, durante muitos anos, todas as substâncias animais e vegetais” - Adicionar grandes quantidades de açúcar às frutas e ferver os alimentos, que deveriam ser imediatamente tampados e selados com parafina Início do século XIX (Guerras Napoleônicas) - Napoleão oferece um prêmio de 12.000 francos para quem resolvesse o problema da conservação de alimentos para sua missão na Rússia Mr. Appert concorreu com seu livro! Início do século XIX... Ao ler o livro de Mr. Appert, testou seus “experimentos”: ferveu duas vasilhas ambas contendo caldo de carne e cobriu apenas uma delas com uma camada de mercúrio. com mercúrio sem mercúrio Joseph Gay-Lussac (1778-1850) FERMENTAÇÃO “As substâncias em contato com o ar, adquirem prontamente uma tendência para a putrefação ou fermentação mas quando submetidas a temperatura de água fervida em vasos bem fechados, o oxigênio absorvido produz uma nova combinação que não é mais capaz de excitar fermentação ou putrefação, ou se torna coagulada pelo calor da mesma maneira que a albumina” Gay-Lussac Por volta de 1850... • os vinhos da França estavam muito ruins. • sabia-se que a qualidade dependia da qualidade da uva e do repique. • Pasteur (um químico simples e muito religioso) é contratado por uma vinícola para solucionar o problema. Louis Pasteur (1822-1895) - Estudos da polarização da luz por ácidos orgânicos ácidos orgânicos sintéticos Louis Pasteur (1822-1895) ácidos orgânicos de seres vivos NÃO desviavam a luz polarizada desviavam a luz polarizada misturas racêmicas substâncias homogêneas hipótese de Pasteur: seres vivos eram capazes de transformá-los Pasteur observou que o vinho era capaz de desviar a luz polarizada Pasteur observou ao microscópio a borra do vinho e detectou “globulos castanhos”, alguns inclusive se dividindo. “glóbulos castanhos” Louis Pasteur (1822-1895) O que eram? leveduras “I believe that there is never any alcoholic fermentation without there being simultaneously the organization, development, and multiplication of the globules.” Louis Pasteur “Beer yeast, when dispersed in water, breaks down into an infinite number of small spheres. If these spheres are transferred into an aqueous solution of sugar, they develop into small animals. They are endowed with a sort of suction trunk with which they gulp the sugar from the solution. Digestion is immediate and clearly recognizable because of the discharge of excrements. These animals evacuate ethyl alcohol from their bowels and carbon dioxide from their urinary organs. Thus one can observe how a specifically lighter fluid is extruded from the anus and rises vertically, whereas a stream of carbon dioxide is ejected at very short intervals from their enormously large genitals.” Woehler and von Liebig, the Annals of Chemistry, in 1839 Ao retirar o ar de um recipiente contendo uma grande quantidade de “glóbulos” e caldo de açúcar, Pasteur obteve o seguinte gráfico: “Efeito Pasteur” Sem ar Louis Pasteur (1822-1895) CO2 ou etanol Com ar Tempo (minutos) Para fermentar precisa-se de vida organizada: Vitalismo Seres vivos podem viver sem oxigênio: “La vie sans l’air” 50 anos depois... Tratamento para tuberculose: -Respirar ar puro da montanha -Beber cerveja escura e amarga (não filtrada) Hans Buchner (1850-1902) bacteriologista Metodologia desenvolvida pelos irmãos Buchner para fazer um extrato concentrado - crescer em larga escala levedura em frascos contendo caldo de açúcar, - isolar as leveduras por centrifugação, - romper as células - PRENSA DE FRENCH, Eduard Buchner (1860-1917) químico - obter um filtrado livre de células, conservado de acordo com o clássico livro de Mr. Appert. a adição de açúcar levava à fermentação Após inúmeras repetições... Concluiu que a fermentação ocorre sem vida organizada Eduard Buchner (1860-1917) 1897 – primeiro artigo: “Über alkoholische Gärung ohne Hefezellen” (On alcoholic fermentation without yeast cells), submetido para publicação na revista Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft 1907 – 1° Prêmio Nobel de Química Paralelamente... Estudos sobre a contração muscular Acreditava-se que a contração muscular ocorria quando o oxigênio interagia com uma estrutura proteica, o “ionogênio”. A quebra desta proteína seria responsável pela contração muscular bem como o aparecimento de ácido lático no tecido muscular. 1907 – Produção de ácido lático em músculo: indução por estímulo elétrico acúmulo na falta de oxigênio 1929 – Prêmio Nobel em Fisiologia ou Medicina Frederick G. Hopkins (1861-1947) Estudos sobre a contração muscular Adição de glicose a fibra muscular Otto Meyerhof (1884-1951) Medidas de tensão e produção de ácido lático: tensão (N) lactato (mM) Sem O2 Com O2 Sem O2 tempo (min) Com O2 tempo (min) dados de Pasteur dados de Meyerhof C om ar Sem ar ác. lático etanol S em ar Com ar tempo (minutos ) Otto Meyerhof (1884-1951) S em O 2 C om O 2 tempo (min) Analisando os produtos da fermentação e da contração muscular: etanol e ácido lático apresentavam estrutura muito similar Levedura: Músculo: glicose glicose 2 CH3CH2OH (etanol) + 2 CO2 2 CH3CH2OHCO2 (ácido lático) As zimases e cozimases seriam as mesmas nos 2 processos? músculo + glicose + enzimas de levedura lactato Otto Meyerhof (1884-1951) músculo + glicose tempo As zimases são as mesmas em leveduras, anfíbios e mamíferos ... Resumo: -Fermentação ocorre sem oxigênio: alguns organismos podem “viver sem ar” (la vie sans l´air) - A fermentação ocorre sobre açúcares e pode ter como produtos: etanol + gás carbônico ou lactato -A fermentação depende de atividade enzimática (sensível à temperatura) Qual a relação entre estas transformações e a vida? adição de extrato fervido e filtrado CO2 Arthur Harden (1865-1940) extrato + 5 g glicose extrato fervido e filtrado tempo William J. Young (1878-1942) A fermentação depende de “zimases” e “cozimases” Arthur Harden (1865-1940) William J. Young (1878-1942) Mistura da reação: 25mL de suco de levedura + 20mL de água + 5g de glicose. Curva A: representa a fermentação na ausência de fosfato adicionado. Curvas B e C: representam o efeito da adição sucessiva de duas quantidades de 5mL de fosfato de sódio (0,3M). Qual seria o destino do fosfato inorgânico? - Mostraram que havia incorporação do fosfato em outros compostos Arthur Harden (1865-1940) William J. Young (1878-1942) - Isolaram um composto fosforilado Éster de Harden e Young Por que formar um composto fosforilado? ATP Reações do metabolismo + Pi ADP Por que formar um composto fosforilado? Compostos de alta energia ΔG0´ = - 49.3 kJ/mol 1,3-bisfosfoglicerato ΔG0´ = - 61.9 kJ/mol fosfoenolpiruvato dihydroxyacetone-P ATP ADP ATP ADP glucose glucose-6P glyceraldehyde-3P fructose-1,6BP fructose-6P Pi NAD+ NADH + H+ 1,3-bisphosphoglycerate ADP ATP substrate-level phosphorylation 3-phosphoglycerate 2-phosphoglycerate substrate-level phosphorylation phosphoenolpyruvate pyruvate ATP ADP Glicólise glicose 2 ATP 2 ADP hexose-bisfosfato triose-P triose-P NAD+ 4 ADP NADH + H+ 4 ATP piruvato Fermentação glicose 2 ATP 2 ADP hexose-bisfosfato triose-P triose-P NAD+ 4 ADP NADH + H+ 4 ATP lactato ou etanol + CO2 piruvato fermentação alcoólica levedura e outros microorganismos fermentação lática hemácias, músculos e outros tecidos em anaerobiose dihydroxyacetone-P ATP ADP ATP ADP glucose glucose-6P fructose-6P glyceraldehyde-3P fructose-1,6BP Pi NAD+ NADH + H+ 1,3-bisphosphoglycerate ADP ATP substrate-level phosphorylation 3-phosphoglycerate 2-phosphoglycerate lactate phosphoenolpyruvate pyruvate ATP ADP substrate-level phosphorylation Glicogênio Glicogênio Glicose Glicogênio Glicose-6-fosfato ADP + Pi Célula muscular ATP Piruvato Lactato Sacarose Glicose-6-fosfato ADP + Pi Levedura ATP CO2 Piruvato Etanol (álcool) Fermentação láctica Glicogênio Glicose-6-fosfato ADP + Pi Célula muscular ATP Piruvato Lactato Sacarose Glicose-6-fosfato ADP + Pi Levedura ATP CO2 Piruvato Fermentação alcóolica Etanol (álcool) Mitocôndria Carboidratos Glicogênio Glicose-6-fosfato ADP + Pi Célula muscular O2 CO2 Acetil-CoA H2O ATP ATP Piruvato ADP + Pi Lipídeos Proteínas (aminoácidos) Metabolismo anaeróbico Glicogênio Glicose-6-fosfato ADP + Pi Célula muscular ATP Carboidratos Piruvato Lactato Glicogênio Glicose-6-fosfato ADP + Pi Célula muscular Metabolismo aeróbico O2 CO2 Acetil-CoA H2O ATP ATP Piruvato ADP + Pi Lipídeos Proteínas (aminoácidos)
