bioquimica_aula_glicolise_fermentacao

INTRODUÇÃO AO METABOLISMO
Para manterem-se vivos e desempenharem
diversas funções biológicas os organismos
necessitam continuamente de energia.
Energia obtida através da oxidação de
compostos químicos.
Mamíferos: compostos orgânicos são
oxidados.
O Metabolismo
• Conjunto de todas as transformações químicas
catalisadas enzimaticamente.
• REAÇÕES CATABÓLICAS: Moléculas
complexas são convertidas em compostos mais
simples. Liberadoras de energia.
• REAÇÕES ANABÓLICAS: Biossíntese das
biomoléculas, onde precursores mais simples
formam moléculas mais complexas. Requerem
o fornecimento de energia.
NÚMERO DE OXIDAÇÃO DO CARBONO EM VÁRIOS
GRUPOS FUNCIONAIS
INTRODUÇÃO AO METABOLISMO
CATABOLISMO
NUTRIENTES
(carboidratos,
lipídeos, proteínas)
oxidação
ATP
CO2
H+
+
e-
COENZIMAS
oxidadas
COENZIMAS
reduzidas
NADH, NADPH,
FADH2
ATP + H2O
O2 + ADP + Pi
ATP
• É um composto rico em energia.
• É a energia química do ATP que é utilizada para
promover processos biológicos que consomem energia.
Adenina
Grupos fosfato
ATP
A hidrólise das ligações fosfodiéster do ATP liberam
uma grande quantidade de energia.
P
Adenina
ribose
P
P
Adenina
P
H2O
ribose
Energia livre
P
P
COENZIMAS
• Participam de reações de oxidação-redução.
• Atuam como transportadoras de prótons e elétrons.
• Existem em 2 formas: reduzida e oxidada
NAD+: forma oxidada
NADH: forma reduzida
A GLICÓLISE E O CATABOLISMO
DAS HEXOSES
• A D-glicose é o principal
combustível da maioria dos
organismos e ocupa uma
posição central no
metabolismo. É a única aldose
comumente encontrada na
natureza como
monossacarídeo;
• É relativamente rica em
energia potencial; a sua
oxidação completa até CO2 e
H2O ocorre com uma variação
de energia livre padrão de
-2.840 KJ/mol;
1/3
2/3
GLICÓLISE
(do grego glykys, significa
‘doce’, e lysis, significa
‘quebra’)
1º FASE: FASE PREPARATÓRIA
2º FASE: FASE DE PAGAMENTO
1º FASE: FASE PREPARATÓRIA
 Fosforilação da glicose
O
doador
de fosfato
HO
H
HO
O
CH2
O
H
OH
H
H
ATP
ADP
Mg2+
H
OH
Glucose
OH
Glucoquinase
ou
Hexoquinase
DG = - 16,7 kJ/mol
’o
O
P
O
6
CH2
5
H
4
HO
H
OH
3
H
O
H
H
1
OH
2
OH
Glucose-6-fosfato
• A hexoquinase catalisa a fosforilação de outras hexoses
como a D-frutose e a D-manose.
1º FASE: FASE PREPARATÓRIA
 Conversão da glicose-6-fosfato em
frutose-6-fosfato
A fosfoexose
isomerase é
específica para
G-6-P e F-6-P
aldose
cetose
O
O P O
O
H C H
H
O
C
O P O
HO
O
H C H
H
C
HO
C
C
O H
H
C
OH
H
C
C
H
OH
O H
H
OH
O
O P O
H
O
C
C
OH
H
C
C
H
OH
OH
H
C
Fosfohexose
isomerase
H
OH
H
H
C
O
H
HO
C
C
OH
H
C
OH
1º FASE: FASE PREPARATÓRIA
 Fosforilação da frutose-6-fosfato em
frutose-1,6-bifosfato
doador
de fosfato
Algumas bactérias, protistas e vegetais possuem uma PFK1 que usa o pirofosfato e não o ATP como o doador do
grupo fosfato na síntese da frutose-1,6-bifosfato.
1º FASE: FASE PREPARATÓRIA
 Clivagem da frutose-1,6-bifosfato
cetose
aldose
A aldolase dos tecidos dos animais vertebrados não
requer um cátion divalente, porém em muitos
microorganismos a aldolase requer Zn2+.
 A interconversão das trioses fosfato
1º FASE: FASE
PREPARATÓRIA
2º FASE: FASE DE PAGAMENTO
Oxidação do gliceraldeído-3-fosfato em 1,3bifosfoglicerato
doador
de fosfato
Receptor de H+
Esta é a primeira das duas reações conservadoras de
energia da glicólise. Ocorre uma desidrogenação no grupo
aldeído do gliceraldeído-3-fosfato formando um anidrido de
ácido carboxílico (acil fosfato) com o ácido fosfórico.
2º FASE: FASE DE PAGAMENTO
 Transferência do fosfato do 1,3-bifosfoglicerato
para o ADP
A formação de ATP pela transferência de um grupo
fosfato de um substrato como o 1,3-bifosfoglicerato
é referida como fosforilação no nível do substrato
( difere da fosforilação ligada à respiração).
 Conversão do 3-fosfoglicerato em
2-fosfoglicerato 2º FASE: FASE DE PAGAMENTO
O nome mutase é dado a enzimas que catalisam a
transferência de um grupo funcional de uma
posição para outra na mesma molécula de
substrato.
2º FASE: FASE DE PAGAMENTO
 Desidratação do 2-fosfoglicerato para
fosfoenolpiruvato
Esta é a segunda reação glicolítica que
gera um composto com alto potencial de
transferência de grupo fosforil.
2º FASE: FASE DE PAGAMENTO
 Transferência do grupo fosforil do
fosfoenolpiruvato para o ADP
Nesta reação de fosforilação no
nível do substrato , o piruvato
aparece primeiro na forma enol, que
é rapidamente tautomerizada na
forma cetônica predominante no pH
7,0.
O balanço final mostra um ganho líquido de ATP
Equação global
Glicose + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi
2 piruvato + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O
A) Conversão de glicose em piruvato
Glicose + 2NAD+
2 piruvato + 2NADH + 2H+
G1’º =-146KJ/mol
B) Formação de ATP a partir de ADP e Pi
2ADP + 2Pi
2ATP + 2H2O
G2’º = 2 (30,5) = 61KJ/mol
Gs’º = G1’º + G2’º = -146 KJ/mol + 61 KJ/mol = - 85 KJ /mol
DESTINO AERÓBICO DO PIRUVATO
CITOSOL
GLICOSE
Ciclo de
Krebs
2 NADH + 2 ATP
2 PIRUVATO
ACETIL CoA
2 PIRUVATO
Matriz
MITOCÔNDRIA
2NADH + 2H+ + O2
2NAD+ + 2H2O
Cadeia respiratória
mitocôndria
DESTINO ANAERÓBICO DO PIRUVATO
Glicose
Glicólise
(10 reações
sucessivas)
2 Piruvato
Condições
anaeróbicas
Condições
anaeróbicas
2 Etanol + CO2
Fermentação até álcool
na levedura
2 Lactato
Fermentação até lactato no
músculo em contração
vigorosa, nos eritrócitos,
em algumas outras células
e em alguns
microorganismos
É o processo de degradação incompleta de
substancias orgânicas com liberação de
energia e realizada por células animais e
também por fungos e bactérias.
Existem diversos tipos de fermentação, que
variam quanto ao produto final.
Fermentação do ácido láctico
Quando os tecidos animais não podem
ser supridos com O2 suficiente para
suportar a oxidação aeróbica do
piruvato e do NADH da glicólise, o
NAD+ é regenerado a partir do
NADH pela redução do piruvato a
lactato.
Glicose
2 NAD+
2 NADH
2 Piruvato
2 Lactato
O lactato é o produto
do metabolismo da
glicose no eritrócito
Fermentação do ácido láctico
• Utilização pelo homem:
Produção queijos e iogurtes
Microrganismos:
Lactobacillus spp
Leuconostoc spp
Bifidobacterium spp
Fermentação alcoólica
A levedura e outros
microorganismos fermentam a
glicose em etanol e CO2.
Está ausente nos
tecidos de animais
vertebrados
Equação geral
Glicose + 2ADP + 2Pi
2 etanol + 2CO2 + 2ATP + 2H2O
 A piruvato carboxilase está presente
nas leveduras utilizadas em cervejaria e
padaria. O CO2 produzido na
descarboxilação de piruvato pelas
leveduras de cervejaria é o responsável
pela carbonatação característica do
champanhe. Na panificação, o CO2
liberado provoca o aumento de volume da
massa panificada.
Está presente em
organismos que
metabolizam o
álcool
Fermentação alcoólica
• Utilização pelo homem:
Produção de pães e bolos fermento biológico
Produção de Bebidas
alcóolicas
Fermentação malolática
MALATO
PIRUVATO
CO2
NADH
LACTATO
NAD+
Transformação biológica que ocorre no
vinho após a fermentação alcoólica.
Microorganismos: Lactobacillus,
Leuconostoc e Pediococcus
Efeitos:
• Reduz a acidez fixa do vinho
• Estabiliza o vinho
• Aumenta o aroma do vinho