Termodinamica das vias metabólicas - IQ-USP

5/4/2011
Metabolismo
Vias Metabólicas
Séries de reações consecutivas
catalisadas enzimaticamente, que
produzem produtos específicos
(metabólitos).
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Endergônico
Exergônico
Catabolismo
Durante o catabolismo de carboidratos,
lipídeos e aminoácidos, ELÉTRONS são
transferidos para COENZIMAS.
As COENZIMAS reduzidas (NADH e FADH2)
transportam os elétrons até a cadeia
transportadora de elétrons.
Os elétrons são transferidos para o oxigênio
que se reduz a água.
A energia química gerado na transferência de
elétrons é utilizada para a síntese do ATP.
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ATP
• Moeda de energia
celular.
• Intermediário de “alta
energia” que age como
doador de energia livre
para a maioria dos
processos que requerem
energia.
Fritz Lipmann
The Nobel Prize in
Physiology or Medicine 1953
ATP
Grupos Fosforila (-PO32-)
Adenina
Ribose
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A Hidrólise do ATP é
altamente exergônica
Mecanismo de Utilização do ATP
• Hidrólise
A hidrólise por si só libera a energia livre na forma de calor.
Essa energia livre não pode ser aproveitada...
Exceção: A hidrólise do ATP promove a contração muscular.
• Transferência de grupos fosfato
Na grande maioria das reações o ATP transfere a energia livre por
meio de reações de transferência de grupo fosfato. Neste processo a
hidrólise do ATP está acoplada a formação de compostos fosforilados.
Ex. Fosforilação da glicose (Glicose Glicose-6-Fosfato)
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Glicólise
Localização das vias na célula
Glicólise
Citossol
Mitocôndria
Ciclo de
Krebs
Cadeia de Transporte de elétrons
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Glicólise
• glycos = açúcar
• lysis = quebra
• A molécula de glicose (6C) é convertido
em 2 de piruvato (3 – C)
• Ocorre em 10 etapas de reação
catalisadas por 10 enzimas diferentes.
• Durante essas etapas de reações a
energia liberada a partir da glicose é
conservada na forma de ATP e NADH.
Classes de enzimas envolvidas
• Quinases catalisam a transferência de
grupos fosfato (fosforilação)
• Isomerases catalisam o rearranjo de
ligações
• Desidrogenases são oxido-redutases.
Catalisam a reação em que uma molécula
é oxidada e outra é reduzida.
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Glicose
Fase Preparatória
-Fosforilação da glicose e
conversão para gliceraldeído-3fosfato;
-2ATP
-Fase de investimento de
energia!!
2
Gliceraldeído-3-fosfato
+ 4 ATP
+ 2 NADH
2
Fase de “Pagamento”
- Conversão oxidativa de
gliceraldeído-3-fosfato a
piruvato acoplada a produção
de ATP e NADH
Piruvato
Glicose
-2ATP
2
Gliceraldeído-3-fosfato
+ 4 ATP
+ 2 NADH
2
Resultado Líquido
2 moléculas de
piruvato
2 ATP e 2 NADH + H+
Piruvato
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Fase Preparatória
Fase de
“Pagamento”
Sítios de Controle ou
Regulação
• 3 sítios importantes de regulação
1. Hexoquinase
2. Fosfofrutoquinase 1
3. Piruvato quinase
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Fase Preparatória
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Hexoquinase
Glicose
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1
Hexoquinase
1
Hexoquinase
6
5
1
4
3
2
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1
Hexoquinase
A fosforilação da glicose é o primeiro sítio de controle
•Na maioria dos tecidos a glicose 6-P é um potente
inibidor alostérico da hexoquinase.
•Desta forma o tecido ajusta a captação da glicose à sua
utilização.
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Hexoquinase vs Glicoquinase
Músculos
Fígado/Células -pancreas
A hexoquinase está universalmente presente em todos os tipos de células
No fígado e nas células -pancreáticas existe uma outra isoenzima a glicoquinase. Tem
Km 100 vezes maior que da hexoquinase. Isso restringe a capitação de glicose pelo
fígado em glicemia baixa. Em glicemia alta permite o armazenamento de glicogênio.
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Fase Preparatória
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Fosfofrutoquinase 1
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Fosfofrutoquinase 1
regulatory site
active site
active site
regulatory site
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Fosfofrutoquinase 1
Moduladores Positivos: AMP, ADP e F2,6BP
Moduladores Negativos: ATP e citrato
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Fase de Produção de Energia
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Piruvato quinase
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Piruvato quinase
Moduladores Positivos: F1,6BP
Moduladores Negativos: ATP, acetil-CoA,
ácidos graxos, alanina
Quais são os destinos do
Piruvato?
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Depende da presença ou não de Oxigênio
Na ausência de Oxigênio ocorre a
Fermentação
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Fermentação Láctica
A disponibilidade de NAD+ ([NAD+] ~ 0,8
mmol/Kg de músculo) é limitante!!
Glicólise
Se o NADH não for reoxidado a glicólise não
pode continuar
Fermentação Alcóolica
Glicose
2 NAD+
2 NADH + H+
2
2
2
2
2
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Na presença de Oxigênio Piruvato é
convertido a Acetil-CoA
Glicólise
Ciclo de
Krebs
Cadeia de Transporte de elétrons
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Conversão do Piruvato a Acetil-CoA
• Descarboxilação oxidativa catalisada pelo complexo
enzimático Piruvato Desidrogenase
Acetil-CoA segue pelo Ciclo de Krebs...
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