O metabolismo celular produz ácidos que tendem

O metabolismo celular produz ácidos que tendem a modificar a concentração dos íons
hidrogênio nos líquidos do organismo. Os ácidos são as substâncias que podem ceder
íons hidrogênio para uma solução; bases são as substâncias que podem receber íons
hidrogênio em uma solução.
A quantidade de íons hidrogênio livres nas soluções é quantificada pelo pH. Quanto
maior a quantidade de íons hidrogênio nas soluções, tanto mais baixo será o seu pH; ao
contrário, as soluções com baixa concentração de íons hidrogênio, tem o pH mais
elevado. A água é a substância padrão para comparação com as demais substâncias. A
dissociação da água é desprezível; apenas uma molécula, em cada 10 milhões, se
dissocia. A água é, portanto, uma substância neutra, ou seja não é ácido nem é base. O
pH da água é 7; a água ocupa o ponto neutro da escala do pH, que vai de 0 a 14. As
soluções com pH inferior ao da água, são consideradas ácidas; as soluções cujo pH é
superior a 7, são consideradas bases.
O pH do sangue reflete a atividade iônica de numerosas substâncias e é ligeiramente
maior que o pH da água. O sangue normal tem o pH que varia entre 7,35 e 7,45. O
sangue normal, portanto, é levemente alcalino, em relação à água.
Quando o pH do sangue está abaixo de 7,35 dizemos que existe acidose; quando o pH
do sangue supera o valor de 7,45, dizemos que há alcalose.
pH INTRACELULAR
O interior das células reflete uma realidade metabólica diferente do plasma sanguíneo.
A atividade celular gera permanentemente subprodutos ácidos como resultado de
numerosas reações químicas. Em conseqüência, o pH habitual do líquido intracelular é
mais baixo que o pH do plasma. O pH intracelular é de aproximadamente 6,9 nas
células musculares e pode cair a 6,4 após um exercício extenuante. Nas células dos
túbulos renais, o pH é de cerca de 7,3, de acordo com a predominância de substâncias
alcalinas, podendo se alterar com as necessidades do organismo. Em geral, as células
dos tecidos com maior atividade metabólica tem um pH levemente ácido, em relação ao
pH do sangue
CONCEITOS GERAIS
O organismo dispões de três importantes mecanismos reguladores do pH, que atuam em
sincronia, com a finalidade de preservar as condições ótimas para as funções celulares.
O mecanismo respiratório, de ação rápida, o mecanismo renal, de ação lenta e o
mecanismo químico, de ação imediata, representado por pares de substâncias chamados
sistemas "tampão", que podem reagir com ácidos ou com bases em excesso nos líquidos
do organismo.
SISTEMAS TAMPÃO
Os tampões, denominação traduzida do original inglês "buffer" (amortecedor), são as
substâncias que limitam as variações do pH do sangue e demais líquidos orgânicos, ao
se combinarem com os ácidos ou as bases que alcançam aqueles líquidos. As
substâncias que constituem os tampões agem aos pares ou, menos comumente, em
grupos, constituindo um sistema protetor.
Um sistema tampão é constituído por um ácido fraco e o seu sal, formado com uma base
forte. O ácido fraco e o sal do sistema tampão, em condições normais, existem em uma
relação constante, que o organismo tende a preservar. O sistema neutraliza o excesso de
ácidos ou de bases e em seguida o organismo tenta recompor a relação normal do
tampão. O princípio fundamental da regulação do equilíbrio ácido-base é a manutenção
da relação constante entre o numerador e o denominador do sistema tampão.
Nas alcaloses o organismo tolera a redução dos íons hidrogênio em cerca da metade do
seu valor normal, até alcançar o pH incompatível com a vida celular.
Nas acidoses, o organismo tolera a elevação dos íons hidrogênio 3 vezes acima do
normal, até alcançar o pH incompatível com a vida.
INTEGRAÇÃO DA DEFESA CONTRA VARIAÇÕES DO pH
Os sistemas de defesa que mantém o pH dos líquidos orgânicos dentro de uma faixa
estreita, atuam perfeitamente integrados em suas funções.
Todos os líquidos do organismo possuem sistemas tampão, para impedir alterações
significativas da concentração dos íons hidrogênio ou, em outras palavras, do pH. Se a
concentração do íon hidrogênio aumenta ou diminui significativamente, o centro
respiratório é imediatamente estimulado, para alterar a freqüência respiratória e
modificar a eliminação do dióxido de carbono. As variações da eliminação do dióxido
de carbono, tendem a retornar o pH aos seus valores normais. Quando o pH se afasta da
faixa normal, os rins eliminam urina ácida ou alcalina, contribuindo para o retorno da
concentração dos íons hidrogênio aos valores normais.
O sistema tampão bicarbonato/ácido carbônico é o mais importante e corresponde a
64% do poder tamponante do plasma.
A principal característica do sistema tampão é a relação constante que deve existir
entre o sal (numerador) e o ácido (denominador) do sistema.
Proteínas
Sintetizadas pelos organismos vivos através da condensação de um grande número de
moléculas de alfa-aminoácidos, através de ligações denominadas ligações
peptídicas.São compostos quaternários de carbono (C), hidrogênio (H), oxigênio (O)
(N) nitrogênio l. São constituídas por dois grupos funcionais: o grupo amina (R-NH-) e
o grupo carboxilo (R-CO-), derivados dos aminoácidos e que estabelecem as ligações
peptídicas.
Existem 23 aminoácidos conhecidos, dos quais 8 são ditos essenciais: o nosso
organismo não é capaz de produzi-los, e por isso precisamos ingeri-los através dos
alimentos para evitar sua falta no nosso corpo. Uma cadeia de aminoácidos denomina-se
de "peptídeo", estas podem possuir 2 aminoácidos (dipeptídeos), 3 aminoácidos
(tripeptídeos), 4 aminoácidos (tetrapeptídeos), ou muitos aminoácidos (polipeptídeos).
O termo proteina é dado quando na composição do polipeptídeo entram centenas,
milhares ou milhões de aminoácidos.
As ligações entre aminoácidos denominam-se por ligações peptídicas e estabelecem-se
entre o grupo amina de um aminoácido e o grupo carboxilo de outro aminoácido, com a
perda de uma molécula de água.
Portanto, as proteínas são complexos constituídos por cadeias de aminoácido ligadas
por ligações peptídicas. São macromoléculas com, no mínimo, centenas de
aminoácidos. São polímeros que se originam de uma reação de polimerização de
aminoácidos que são os monômeros.
Composição:
Quanto a estrutura molecular as proteínas são classificas em:
Proteínas constituídas somente por aminoácidos como, por exemplo, a queratina
(cabelo).
•
A hidrólise completa dessas proteínas produz unicamente α-aminoácidos.
Proteinas complexas, conjugadas ou heteroproteínas:
Proteínas que apresentam a cadeia de aminoácidos ligada a um radical diferente
(grupo prostético).
Dependendo do grupo prostético, as proteinas podem ser classificadas em:
•
Glicoproteínas: o grupo é um glicídio. Exemplos: mucina (saliva) e
osteomucóide (ossos).
•
Cromoproteínas: o grupo é um pigmento. Exemplos: clorofila (vegetais verdes) e
hemoglobina (sangue).
•
Fosfoproteinas: o grupo é o ácido fosfórico. Exemplos: vitelina (gema do ovo) e
caseina (leite).
•
Nucleoproteínas: o grupo é um ácido heterocíclico complexo.
•
A hidrólise completa dessas proteínas produz α-aminoácidos e grupos
prostéticos.
Estrutura tridimensional:
•
Estrutura primária:
É dada pela seqüência de aminoácidos ao longo da cadeia polipeptídica. É o nível
estrutural mais simples e mais importante, pois dele deriva todo o arranjo espacial da
molécula. São específicas para cada proteína, sendo geralmente determinados
geneticamente. Sua estrutura é somente a seqüência dos aminoácidos, sem se preocupar.
•
Estrutura secundária:
É dada pelo arranjo espacial de aminoácidos próximos entre si na seqüência primária da
proteína. É o último nível de organização das proteínas fibrosas, mais simples
estruturalmente.
São dois os tipos principais de arranjo secundário regular:
alfa-hélice: é a forma mais comum de estrutura secundária regular; caracteriza-se por
uma hélice em espiral; as cadeias laterais dos aminoácidos se distribuem para fora da
hélice; a principal força de estabilização da alfa-hélice é a ligação de hidrogênio. •
Folha-beta: Ou folha pregueada, ou ainda estrutura-beta. Ao contrário da alfa-hélice, a
folha-beta envolve 2 ou mais segmentos polipeptídicos da mesma molécula ou de
moléculas diferentes, arranjados em paralelo ou no sentido anti-paralelo. As ligações de
hidrogênio mais uma vez são a força de estabilização principal desta estrutura.
•
Estrutura terciária:
Resulta do enrolamento da hélice ou da folha pregueada, sendo mantido por pontes de
hidrogénio e dissulfito. Esta estrutura confere a atividade biológica às proteínas. A
estrutura terciária descreve o dobramento final de uma cadeia, por interações de regiões
com estrutura regular ou de regiões sem estrutura definida. Podendo haver interações de
segmentos distantes de estrutura primária, por ligações não covalentes.
A terciária é caracterizada pelas interações de longa distância entre aminoácidos. Todas
têm seqüências de aminoácidos diferentes, refletindo estruturas e funções diferentes.
• Resíduos de prolina - interrompem estruturas secundárias regulares, causando dobras
na molécula
• Impedimento estérico - cadeias laterais muito grandes que precisam se "acomodar" no
espaço
• Pontes de hidrogênio
• Interações hidrofóbicas - Tendência dos aminoácidos com radical apolar de se
acomodar no interior de uma estrutura dobrada, "fugindo" do contato com a água
• Interações Iônicas - Forças de atração entre aminoácidos com radicais carregados com
cargas opostas
•
Estrutura quaternária:
Algumas proteínas podem ter duas ou mais cadeias polipeptídicas. E essa transformação
das proteínas em estruturas tridimensionais é a estrutura quaternária. Elas guiadas e
estabilizadas pela mesmas interações da terciária.A junção de cadeias polipeptídicas
podem produzir diferentes funções para os compostos.
Um dos principais exemplos de estrutura quaternária é a hemoglobina. E em sua
estrutura que é formada por quatro cadeias polipeptídicas.
Oxidação de aminoácidos
Os seres vivos não são capazes de armazenar aminoácidos, nem proteínas.
Consequentemente, satisfeitas as necessidades de síntese, os aminoácidos excedentes
são degradados.
•
Em um individuo adulto saudável, com uma dieta adequada, a oxidação de
aminoácidos responde por dez a quinze por cento de suas necessidades energéticas.
A degradação dos aminoácidos compreende a remoção e a excreção do grupo amino e a
oxidação da cadeia carbônica remanescente.
Tipos
Aminoácidos naturais
São aqueles que podem ser produzidos pelo corpo humano. São eles: Glicina,
Alanina,Serina,Cisteína,Tirosina, Ácido aspártico, Ácido glutâmico, Histidina,
Asparagina,Glutamina e Prolina.
Aminoácidos essenciais
Os aminoácidos essenciais são aqueles que não podem ser produzidos pelo corpo
humano. Dessa forma, somente podemos adquiri-los pela ingestão de alimentos,
vegetais ou animais. São eles: Fenilalanina, Isoleucina, Leucina, Lisina, Metionina,
Treonina, Triptofano e Valina.
Aminoácidos alfa
Formula geral
São aqueles que apresentam fórmula geral: R - CH (NH2)- COOH onde R é um radical
orgânico. No aminoácido glicina o radical é o elemento H
O carbono ligado ao radical R é denominado carbono 2 ou alfa.
Ocorrência
Os aminoácidos alfa ( cerca de vinte ) são constituintes de todas as proteínas e
peptídeos, portanto, de toda a matéria viva.
Isomeria
Com exceção única da glicina, todos os aminoácidos obtidos pela hidrólise de proteínas
em condições suficientemente suaves apresentam atividade óptica. Esses aminoácidos
apresentam 4 grupos diferentes ligados ao carbono central, ou seja, esse carbono é
assimétrico, assim esse carbono é chamado centro quiral. A existência de um centro
quiral permite que esses aminoácidos formem esteroisômeros devido aos diferentes
arranjos espaciais ópticamente ativos. Dentre os esteroisômeros existem aqueles que se
apresentam como imagem espaculares um do outro sem superposição, a estes
chamamos enantiômeros. Os enantiômeros podem ser D ou L, sendo essa classificação
referente à semelhança com a estrutura do aminoácido D-gliceraldeído e do Lgliceraldeído, respectivamente. Somente os L-aminoácidos são constituintes das
proteínas.
Síntese
Todos os aminoácidos são derivados de intermediários da glicólise, do ciclo do ácido
cítrico ou das via das pentoses. O nitrogênio entra nessas vias através do glutamato. Há
uma grande variação no nível de complexidade das vias, sendo que alguns aminoácidos
estão a apenas alguns passos enzimáticos dos seus precursores e em outros as vias são
complexas, como no caso dos aminoácidos aromáticos.
Os aminoácidos podem ser essenciais ou não-essenciais.
•
Os aminoácidos não-essenciais são mais simples de serem sintetizados e o são
pelos próprios mamíferos. Por isso eles não necessariamente precisam estar na
alimentação.
•
Já os aminoácidos essenciais precisam está presentes na dieta, já que não são
sintetizados pelos mamíferos.
As principais famílias são:
1.
A do alfa-cetoglutarato que origina o glutamato, a glutamina, a prolina e a
arginina.
2.
A do 3-fosfoglicerato de onde são derivados a serina, a glicina e a cisteína.
3.
O oxaloacetato dá origem ao aspartato, que vai originar a asparagina, a
metionina, a treonina e a lisina.
4.
O piruvato dará origem a alanina, a valina, a leucina e a isoleucina.
Obtenção
Hidrólise de proteínas
As proteínas são moléculas formadas por até milhares de aminoácidos unidos por
ligações peptídicas (que ocorre entre a carboxila de um aminoácido e o grupo amino de
outro). Essas ligações podem ser quebradas por hidrólise produzindo uma mistura
complexa de aminoácidos.
Ionização
Os aminoácidos são substâncias anfóteras, ou seja, pode atuar como ácidos ou como
bases.
Existem 2 grupos ácidos fracos ionizados, um –COOH e um –NH3 + . Em solução essas
duas formas estão em equilíbrio protônico. R-COOH e R-NH3 +, representam a forma
protonada ou ácida, parceiras nesse equilíbrio. E as formas R-COO- e R-NH2 são as
bases conjugadas.
Assim, dependendo do meio, os aminoácidos podem atuar como ácidos(protonado,
podendo doar prótons), neutros(a forma protonada e a forma receptora de prótons em
equilíbrio) e base (base conjugada do ácido correspondente, ou seja, perdeu prótons, e
agora é receptora deles).
AMINOÁCIDOS
Não essenciais
•
Alanina
•
Asparagina
•
Aspartato
•
Glutamato
•
Serina
•
Cistina
•
Hidroxiprolina
Condicionalmente
essenciais
•
Arginina
•
Glutamina
•
Glicina
•
Prolina
•
Tirosina
•
Cisteína
Essenciais
•
Histidina
•
Isoleucina
•
Leucina
•
Lisina
•
Metionina
•
Fenilalanina
•
Treonina
•
Triptofano
•
Valina
Note-se que os aminoácidos não essenciais possuem, em geral, vias de síntese relativamente
simples. Por exemplo, o metabolito α-cetoglutarato (intermediário do ciclo dos ácidos
tricarboxílicos) é precursor do glutamato, que por sua vez pode dar origem à glutamina, à prolina e
à arginina.
Peptídeo
Os peptídios são biomoléculas formadas pela ligação de dois ou mais aminoácidos atrávés de
ligações peptídicas. São divididos em: oligopeptídeos, que sao a união de 2 até 10 aminoácidos; e
polipeptídeos, que são ligações de 11 ou mais aminoáciodos unidos pelas ligações peptídicas.
Exemplos de oligopeptídeos importantes: ocitocina e vasopressina (hormônios) Exemplos de
polipeptídeos: glucágon e insulina.
Enzima
Enzimas são um grupo de substâncias orgânicas de natureza protéica, com atividade intra ou
extracelular que têm funções catalisadoras, catalizando reações químicas que, sem a sua presença,
dificilmente aconteceriam. Isto é conseguido através do aumento da velocidade das reações
químicas, possibilitando o metabolismo dos seres vivos.
Atividade enzimática
As enzimas convertem uma substância, chamada de substrato, noutra denominada produto, e são
extremamente específicas para a reacção que catalisam. Isto significa que, em geral, uma enzima
catalisa um e só um tipo de reação química. Consequentemente, o tipo de enzimas encontradas
numa célula determina o tipo de metabolismo que a célula efectua.
A velocidade da reacção catalizada por uma enzima é aumentada devido ao abaixamento da energia
de ativação necessária para converter o substrato no produto. O aceleramento da reacção pode ser
da ordem dos milhões de vezes.Como são catalistas, as enzimas não são consumidas na reação e
não alteram o equilíbrio químico da mesma.
A atividade enzimática pode depender da presença de determinadas moléculas, genericamente
chamadas cofatores. A natureza química dos cofactores é muito variável, podendo ser por exemplo
um ou mais ions metálicos (como o ferro), ou uma molécula orgânica (como a vitamina B12). Estes
cofatores podem participar ou não diretamente na reação enzimática.
Determinadas substâncias, como algums drogas, toxinas e outros venenos, podem inibir a atividade
de algumas enzimas, diminuindo-a ou eliminando-a totalmente. A este tipo de substâncias chama-se
inibidor enzimático.
Localização
Algumas enzimas são armazenadas nas lisossomas (uma das organelas das células).
Para cada nutriente existe uma enzima que depois pode ser reaproveitada, exemplo:
•
amido - amilase,
•
carboidrato - carboidrase,
•
lipídio - lipase,
•
sacarose - sacarase (um tipo de carboidrase),
•
proteína - protease,
•
lactose - lactase,
•
maltose - maltase
Metabolismo
Do Grego (metabol= mudança, troca + ismo), Metabolismo é o conjunto de transformações que as
substâncias químicas sofrem no interior dos organismos vivos.
O metabolismo divide-se em duas partes ou fases: Anabolismo e Catabolismo. Quando o
anabolismo supera em actividade o catabolismo, o organismo perde peso, como sucede em periodos
de jejum ou doença; mas se pelo contrario é o catabolismo que supera o anabolismo, o organismo
cresce o ganha peso. Se ambos os processos estão em equilibrio, o organismo encontra-se em
equilíbrio dinâmico, Homeostase.
Anabolismo
Anabolismo é a parte do metabolismo que se refere à complexação de substâncias em um
organismo, ou seja, a partir de moléculas mais simples, sao criadas moléculas mais complexas. O
anabolismo só ocorre em alta energética, caso esteja em baixa energética, acontece o catabolismo.
Esses processos não são espontâneos, já que há uma diminuição do caos das moléculas (variação da
Energia livre de Gibbs positiva ou ΔG>0), logo é necessária energia para que essa complexação
aconteça. Em quase todas as vezes essa energia provém da quebra de ligações de compostos di e
trifosfatados (os últimos principalmente), como ATP e GTP. Pode ser necessário tambem poder
redutor, na forma de coenzimas transportadoras de elétrons, como NADH, NADPH e FADH2,
como na biossíntese de ácidos graxos.
Nos humanos, o controle de processos anabólicos em escala celular são feitos principalmente por
efetores alostéricos, assim como em células de outras espécies. Mas esse controle pode também ser
feito por hormônios como a Insulina.
Exemplos de processos anabólicos:
•
Formação de proteínas a partir de aminoácidos.
•
Biossíntese de ácidos graxos
•
Via de produção de bases nitrogenadas a partir dos esqueletos carbônicos de aminoácidos
•
Muitos outros
Catabolismo
Chama-se catabolismo a parte do metabolismo que se refere à assimilação ou processamento da
matéria adquirida para fins de obtenção de energia. Diz respeito às vias de degradação, ou seja, de
quebra das substâncias. Parte sempre de moléculas grandes, que contêm quantidades importantes de
energia (glicose, triglicerídeos, etc). Estas substâncias são transformadas de modo a que restem, no
final, moléculas pequenas, pobres em energia (H2O, CO2, NH3), aproveitando o organismo a
libertação de energia resultante deste processo. Essa energia normalmente é armazenado nas células
em forma de compostos trifosfatados, como o ATP e o GTP. É o contrário de anabolismo.
Anabolismo, captação de energia. Catabolismo, geração de energia.
Exemplos de vias catabólicas:
•
Fermentação
•
Respiração celular
•
Respiração anaeróbia
Ciclo de Krebs
O ciclo de Krebs, tricarboxílico ou do ácido cítrico, corresponde à uma série de reações químicas
que ocorrem na vida da célula e seu metabolismo. Descoberto por Sir Hans Adolf Krebs (19001981).
O ciclo é executado na mitocôndria dos eucariotes e no citoplasma dos procariotes. Trata-se de uma
parte do metabolismo dos organismos aeróbicos (utilizando oxigênio da respiração celular);
organismos anaeróbicos utilizam outro mecanismo, como a glicólise = outro processo de
fermentação independente do oxigênio.
O ciclo de Krebs é uma rota anfibólica, catabólica e anabólica , com a finalidade de oxidar a acetilCoA (acetil coenzima A), que se obtém da degradação de carbohidratos, ácidos graxos e
aminoácidos a duas moléculas de CO2.
Este ciclo inicia-se quando o piruvato que é sintetizado durante a glicólise é transformado em acetil
CoA (coenzima A) por acção da enzima desidrogenase. Este composto vai reagir com o
oxaloacetato que é um produto do ciclo anterior formando-se citrato. O citrato vai dar origem a um
composto de cinco carbonos, o alfa-cetoglutarato com libertação de NADH, e de CO2. O alfacetoglutarato vai dar origem a outros compostos de quatro carbonos com formação de GTP,
FADH2 e NADH e oxaloacetato. Após o ciclo de krebs ocorre outro processo denominado
fosforilação oxidativa.
Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + H2O --> 2 CO2 + 3 NADH + 3H+ + FADH2 + GTP
+ CoA
Função anabólica do ciclo de Krebs
Os compostos intermediários do ciclo de Otilia podem ser utilizados como precursores em vias
biossintéticas: oxaloacetato e a-cetoglutarato vão formar respectivamente aspartato e glutamato. A
eventual retirada desses intermediários pode ser compensada por reações que permitem restabelecer
o seu nível. Entre essas reações, que são chamadas de anapleróticas por serem reações de
preenchimento, a mais importante é a que leva à formação de oxaloacetato a partir do piruvato e que
é catalisada pela piruvato carboxilase. O oxaloacetato além de ser um intermediário do ciclo de
Krebs, participa também da neoglicogênese. A degradação de vários aminoácidos também produz
intermediários do ciclo de Krebs, funcionando como reações anapleróticas adicionais.
O ciclo de Krebs e a Respiração
A influência do ciclo de Krebs no processo da respiração celular começa com a glicólise processo
ocorrido no citoplasma de uma célula, onde a glicose, obtida através dos alimentos ingeridos, passa
por uma série de dez reações químicas que culminam na formação de duas moléculas de ácido
pirúvico. A partir desse ponto que começa a participação do ciclo de Krebs na respiração
propriamente dita. O ciclo de Krebs ocorre dentro da mitocôndria, logo as moléculas de ácido
pirúvico têm que entrar nela, esse processo só ocorre quando há moléculas de oxigênio suficientes
para cada molécula de glicose, se há, na entrada do ácido pirúvico na mitocôndria faz com que o
oxigênio reaja com o ácido formando gás carbônico e libera os elétrons dos átomos de hidrogênio
presentes na fórmula da glicose.Esses elétrons são transportados pelo NADH e o FADH, duas
moléculas transportadoras. Os elétrons então se reponsabilizam pela união de mais um átomo de
fósforo, com uma molécula de adenosina difosfato(ADP) formando a adenosina trifosfato o famoso
ATP. Esta molécula de ATP então é que fornecerá a energia para a vida da célula e o transporte
ativo de substâncias pelo corpo.
Glicólise
A glicólise ou glucólise é a seqüência metabólica de várias reações enzimáticas, em que a glicose é
oxidada produzindo duas moléculas de piruvato e dois equivalentes reduzidos de NAD+, que ao
introduzirem-se na cadeia respiratória, produzirão duas moléculas de ATP.
Os organismos primitivos se originaram num mundo cuja atmosfera carecia de O2 e, por isto, a
glicólise se considera como a via metabólica mais primitiva estando portanto presente em todas as
formas de vida atuais.
A mais comum e conhecida forma de glicólise é a rota de Embden-Meyerhof, que foi inicialmente
elucidada por Gustav Embden e Otto Meyerhof. O termo glicólise pode significar também outras
rotas metabólicas, como a de Entner-Doudoroff. Entretanto, o resto desse artigo usará o termo
glicólise para explicar a via metabólica mais comum pela qual ocorre: a rota de Embden-Meyerhof.
Visão Geral
Glicólise deriva do grego e quer dizer dissolução do açúcar. É a sequencia de reações que converte
a glicose em piruvato com a concomitante formação do ATP. A glicólise nas células eucariotes
ocorre no citoplasma.
•
Nesta fase, de cada molécula de glicose forma-se 2 ATP e 2 NADH
•
A reação global da glicólise é:
Glicose + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi → 2 NADH + 2 piruvato + 2 ATP + 2 H2O + 4 H+
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Etapas da glicólise:
A glicólise se divide em duas partes:
•
Na primeira parte a glicose é fosforilada com o gasto energético de uma molécula de ATP
para dar glicose-6-fosfato, que se isomeriza para formar frutose-6-fosfato. A partir da frutose-6fosfato e com gasto de outra molécula de ATP se forma a frutose-1,6-bifosfato. Até esta parte foram
gastas duas moléculas de ATP. Esta é uma reação irreversível na qual intervém a glicose e o ATP,
além de ser indispensável o cátion Mg2+ e consta de cinco reações bioquímicas.. A importancia dos
intermediários fosforilados é:
1)grupos fosfatos são ionizados no pH 7, dando uma carga negativa aos intermediários que então
não conseguem atravessar a membrana (lembrando que a glicólise ocorre no citosol);
2)grupos fosfatos são essenciais na conservação da energia metabólica;
3)a ligação dos grupos fosfato ao sítio ativo da enzima fornece a energia de ligação.
•
Na segunda parte da glicólise, a frutose-1,6-bifosfato se quebra em duas moléculas:
gliceraldeido-3-fosfato e dihidroxiacetona-fosfato, por meio de uma enzima aldolase. A
dihidroxiacetona-fosfato se transforma em gliceraldeido-3-fosfato duplicando a reação a partir
daqui. O gliceraldeído-3-fosfato, sofre ainda cinco reações bioquímicas até converter-se em
piruvato. O piruvato pode ser oxidado a acetil-CoA, isso na presença de oxigênio, e no ciclo do
ácido cítrico vai gerar CO2 e água; o NADH formado vai ser oxidado através da oxidação
mitocondrial. Sem a presença de oxigênio (músculos em exercício intenso, hemácias, leucócitos - e
outras moléculas com pouca ou nenhuma mitocondria - além de fungos e bactérias) o piruvato vai
ser trasformado em lactato ou etanol, dependendo do caso. Isso acontece basicamente para
regenerar o poder oxidante do NAD+.
Respiração
Na linguagem vulgar, respiração é o acto de inalar e exalar ar através da boca ou das cavidades
nazais.
Esta renovação do ar das vias aéreas condutoras e dos alvéolos, que ocorre nos períodos da
inspiração e da expiração pulmonar é denominada de ventilação pulmonar. Modos de ventilação
pulmonar:
•
Sem o uso de aparelho, ou seja: ventilação pulmonar espontânea,
•
Com o auxílio de aparelho, ou seja: ventilação pulmonar mecânica.
Respiração e ventilação pulmonar são processos totalmente distintos, portanto, diferentes, então,
estes termos não se equivalem e não devem ser usados como sinônimos.
A respiração celular
Do ponto de vista da fisiologia, respiração é o processo pelo qual um organismo vivo troca oxigénio
e dióxido de carbono com o seu meio ambiente.
Do ponto de vista da bioquímica, respiração celular é o processo de conversão das ligações
químicas de moléculas ricas em energia em energia que possa ser usada nos processos vitais.
O processo básico da respiração celular é a oxidação da glicose, que se pode expressar pela seguinte
equação química:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + energia
Este artigo centra-se nos fenómenos da respiração celular, que se processa segundo duas sequências
básicas:
1.
Glicólise e
2.
Oxidação do piruvato através de um de dois processos:
a) Respiração aeróbica
b) Respiração anaeróbica
Oxidação do piruvato
De acordo com o tipo de metabolismo, existem duas sequências possíveis para a oxidação do
piruvato proveniente da glicólise:
Respiração aeróbica
A respiração aeróbia requer oxigênio. Cada piruvato que entra na mitocôndria e é oxidado a um
composto com 2 carbonos (acetato) que depois é combinado com a Coenzima-A, com a produção
de NADH e libertação de CO2. De seguida, inicia-se o ciclo de Krebs. Neste processo, o grupo
acetil é combinado com compostos com 4 carbonos formando o citrato (6C). Por cada ciclo que
ocorre liberta-se 2CO2, NADH e FADH2. No ciclo de Krebs obtém-se 2 ATPs. Numa ultima fase cadeia transportadora de electrões (ou fosforilação oxidativa) os electrões removidos da glicose são
transportados ao longo de uma cadeia transportadora, criando um gradiente protónico que permite a
fosforilação do ADP. O aceitador final de electrões é o O2,que, depois de se combinar com os
electrões e o hidrogênio, forma água. Nesta fase da respiração aeróbia a célula ganha 32 moléculas
de ATP. Isso faz um total ganho de 36 ATP durante a respiração celular em que intervém o
oxigênio.
Respiração anaeróbica
A respiração anaeróbica envolve um receptor de eléctrons diferente do oxigénio e existem vários
tipos de bactérias capazes de usar uma grande variedade de compostos como receptores de eléctrons
na respiração: compostos nitrogenados, tais como nitratos e nitritos, compostos de enxofre, tais
como sulfatos, sulfitos, dióxido de enxofre e mesmo enxofre elementar, dióxido de carbono,
compostos de ferro, de manganés, de cobalto e até de urânio.
No entanto, nenhum destes , a respiração anaeróbica só ocorre em ambientes onde o oxigénio é
escasso, como nos sedimentos marinhos e lacustres ou próximo de nascentes hidrotermais
submarinas.
Uma das sequências alternativas à respiração aeróbica é a fermentação, um processo em que o
piruvato é apenas parcialmente oxidado, não se segue o ciclo de Krebs e não há produção de ATP
numa cadeia de transporte de eléctrons. No entanto, a fermentação é útil para a célula porque
regenera o dinucleótido de nicotinamida e adenina (NAD), que é consumido durante a glicólise.
Os diferentes tipos de fermentação produzem vários compostos diferentes, como o etanol (o alcool
das bebidas alcoólicas, produzido por vários tipos de leveduras e bactérias) ou o ácido láctico do
iogurte.
Outras moléculas, como NO2, SO2 são os aceptores finais na cadeia de transporte de elétrons.
Cadeia respiratória:
É o conjunto de substancias que esta presente nas cristas da membrana interna da mitocôndria,
ocorrendo então reações suscitavas de oxido redução, fornecendo a energia necessária para a síntese
do ATP (adenosina tri-fosfato), ocorrendo também a formação de H2O.
ATP: armazena energia entre as ligações de fosfato da adenosina tri-fosfato.
A cadeia respiratória fornece energia necessária para a transformação de AMP em ADP e este em
ATP.
o
Cadeia respiratória acionadas a nível NAD produz três ATPs.
o
Cadeia respiratória acionadas a nível FAD produz dois ATPs.
o
Fosforilação oxidativa = cadeia respiratória.
o
Para cada cadeia respiratória tem-se ½ O2 consumidos.
Desidrogenases: retiram de H2 diferentes substratos, transferindo para os NAD, reduzindo-os para
NADH, mesmo processo ocorre de FAD para FADH2 e assim por diante.
ATPsintetase: catalisam o processo de ADT + P, originando assim o ATP.
Quanto maior a quantidade de ATP formado menor a velocidade com que ocorre a cadeia
respiratória.
Quanto menor a quantidade de ATP formado maior a velocidade com que ocorre a cadeia
respiratória.
o
Inibidores: substancias que paralisam o fluxo de elétrons na cadeia respiratória, são
irreversíveis podendo levar a mitocôndria à morte. Ex: CO, cianureto.
o
Aceptores: substancias que desviam o fluxo de elétrons na cadeia respiratória, mas não
paralisam a cadeia respiratória, diminuindo a velocidade. Ex: azul de metileno.
Desacopladores: substancias que vão bloquear ou inibir a síntese de ATP, sem paralisar o fluxo de
elétrons.
Fosforilação oxidativa
Processo metabólico de síntese de ATP a partir da energia liberada pelo transporte de elétrons na
cadeia respiratória.
Depende de alguns fatores:
- Energia Livre obtida do transporte de elétrons
-Uma enzima transmembrana denominada ATPase
A Enzima ATPase:
Ou ATP Sintetase, é uma enzima de estrutura muito complexa, formada por 16 sub-unidades
polipeptídicas..
Acoplamento Entre Cadeia Respiratória e Fosforilação Oxidativa:
"Como a energia liberada no transporte de elétrons é utilizada pela célula para a síntese do
ATP?"
As condições para que ocorra a fosforilação oxidativa são:
Um bombeamento de prótons pela cadeia respiratória, criando um fluxo da matriz para o citosol;
Uma MMI impermeável a prótons e íntegra.
A Cadeia Respiratória, ao transportar os elétrons, bombeia prótons da matriz para o citosol;
A MMI, por ser impermeável a prótons, impede o retorno destes à matriz;
Cria-se um GRADIENTE DUPLO - de pH e eletrostático - através da MMI, que gera uma situação
de alta instabilidade e, por conseqüência, uma força que atrai os prótons de volta;
Esta força, chamada FORÇA PRÓTON-MOTRIZ, dirige o refluxo de prótons à matriz
mitocondrial através dos canais de prótons da enzima ATPase;
A passagem dos prótons pela ATPase determina a síntese do ATP.
Não existe nenhum intermediário rico em energia na Cadeia Respiratória
A fosforilação oxidativa requer uma MMI intacta
A MMI é impermeável a prótons e outros íons como Cl- OH- e K+.
A fosforilação oxidativa pode ser inibida por agentes ionóforos (transportadores de íons) e
desacopladores (transportadores de H+ através da MMI)
O fluxo de elétrons na cadeia respiratória ejeta prótons da matriz mitocondrial para o citosol da
célula.
Balanço Final da respiração Celular:
Ao calcularmos o rendimento em ATPs da oxidação total de uma molécula de glicose, e
considerando que cada par de elétrons do NADH rende 3 ATPs, e cada par de elétrons do FADH2
rende 2 ATPs na fosforilação oxidativa, temos:
10 NADH Þ
2 FADH2 Þ
2 ATPs + 2 GTPs Þ
Total:
30 ATPs
4 ATPs
4 ATPs
38 ATPs
Este número pressupõe gasto de ATP zero em processos paralelos, o que não ocorre na prática;
Aceita-se como um número mais realista 30 ATPs/Glicose o rendimento real, considerando-se a
energia gasta durante todo o processo.