Introdução ao Metabolismo - IQ-USP

MÓDULO 2 - METABOLISMO
Bianca Zingales
IQ-USP
INTRODUÇÃO AO METABOLISMO
CARACTERÍSTICAS DO SER VIVO
1- AUTO-REPLICAÇÃO – Capacidade de perpetuação da espécie
2- TRANSFORMAÇÃO DE ENERGIA – O ser vivo extrai energia do
meio (nutrientes, luz) e transforma a energia em “trabalho”
(organização celular, funções celulares e auto-replicação)
3- ORGANIZAÇÃO – O ser vivo possui estruturas definidas:
organelas, células, tecidos, órgãos, etc.
4- FUNÇÃO – Cada estrutura desempenha uma função específica.
ORGANISMOS
(Classificação com base na fonte de obtenção de Energia)
- FOTOTRÓFICOS – retiram Energia da Luz (vegetais)
- QUIMIOTRÓFICOS – retiram Energia de componentes do meio
(animais)
METABOLISMO = O Conjunto de Reações que ocorrem no interior
da célula, que são necessárias para a manutenção do ser vivo.
O Metabolismo responde as perguntas:
Como o ser vivo extrai Energia do meio?
Como o ser vivo sintetiza macromoléculas para desempenhar
suas funções, manter sua estrutura e replicar-se?
Nota: O Metabolismo só ocorre no interior das células.
Não ocorre no estômago, sangue, etc.
ANIMAIS
Alimento: Carboidratos, Lipídios e Proteínas
Trajeto dos Alimentos
Boca
Enzimas digestivas
Sangue
Célula
Aparelho
digestório
Metabolismo
O Metabolismo pode ser dividido em duas etapas:
Catabolismo e Anabolismo
CATABOLISMO – Conjunto de reações (enzimáticas) de
DEGRADAÇÃO
Exemplo: Degradação da glicose (Respiração)
C6H12O6 + 6 O2
6 CO2
+ 6 H2O + Energia
No Catabolismo:
• Compostos orgânicos de alto PM são convertidos em moléculas mais
simples
• No processo ocorre liberação de Energia
• Parte desta Energia é conservada em moléculas de alta Energia (ATP)
• Outra parte é dissipada como Calor
ANABOLISMO - Conjunto de reações (enzimáticas) de SÍNTESE
Exemplo: Síntese de glicose (Fotossíntese)
6 CO2 + 6 H2O + Energia
C6H12O6 + 6 O2
No Anabolismo
• Moléculas simples dão origem a Compostos orgânicos de mais alto PM
• No processo utiliza-se Energia
• Nas plantas, vem da Luz; nos animais esta energia está armazenada na
molécula de ATP
No Metabolismo ocorrem reações de óxido-redução
Revisão: Oxidação e redução
As reações de oxido-redução ocorrem quando uma espécie química
perde elétrons, oxidando-se; enquanto a outra espécie ganha elétrons,
reduzindo-se.
Oxidar é retirar elétrons de um composto.
Reduzir é doar elétrons para um composto.
Revisão
Na reação:
Zn + CuSO4 → Cu + ZnSO4
Verifica-se
Zn + Cu2+ + SO42- → Cu + Zn2+ + SO42Ou
Zn + Cu2+ → Cu + Zn2+
Quem sofreu oxidação?
Quem sofreu redução?
Zinco
Cobre
Exercício
Organizar os elementos dos conjuntos abaixo, do mais
reduzido para o mais oxidado.
Fe3+ ; Fe2+ ; Fe
NAD+ ; NADH
FADH2; FAD
Reações de óxido-redução
Nas reações de óxido-redução, há transferência de elétrons de um
composto para outro, de modo que o composto que inicia a reação na
forma reduzida é oxidado e o que inicia a reação na forma oxidada é
reduzido.
Exemplo: Degradação da glicose (Respiração)
C6H12O6 + 6O2
MAIS REDUZIDO
MAIS OXIDADO
6CO2
+ 6 H2O
MAIS OXIDADO
MAIS REDUZIDO
No Metabolismo
As macromoléculas são mais reduzidas que as moléculas menores
produzidas (que são mais oxidadas).
No final do Catabolismo as macromoléculas (dos nutrientes) são
OXIDADAS pelo Oxigênio (respiração).
No processo formam-se moléculas menores (mais oxidadas), CO2 (oxidado,
expiração) e H2O.
No Anabolismo ocorre o processo inverso.
As moléculas menores (mais oxidadas) são reduzidas e originam moléculas
maiores (mais reduzidas)
No metabolismo há um fluxo de elétrons e prótons
Nas reações biológicas de óxido-redução participam cofatores
(coenzimas) que transportam elétrons e prótons
Ex: NAD+/NADH;
FAD/FADH2
Resumo
MACROMOLÉCULAS
MOLÉCULAS MENORES
(OXIDADAS)
E
(REDUZIDAS)
CATABOLISMO
Coenzimas oxidadas
(NAD+; FAD)
Elétrons
e
Prótons
Coenzimas reduzidas
(NADH; FADH2)
ANABOLISMO
MACROMOLÉCULAS (REDUZIDAS)
MOLÉCULAS MENORES
(OXIDADAS)
E
Exemplo de reação biológica de óxido-redução
Lactato desidrogenase
COO-
COOC O
CH3
Piruvato
Substrato
Oxidado
+ NADH
Coenzima
Reduzida
+
+ H
H C OH
CH3
lactato
Produto
Reduzido
+
NAD+
Coenzima
Oxidada
Enzima: Lactato desidrogenase
O
NADH
C
O
C
O
O C O
NAD+ H C OH
C H3
C H3
COO-
COOC O
CH3
Piruvato
+ NADH
+
+ H
H C OH
CH3
lactato
+
NAD+
Onde ocorre a oxidação das coenzimas reduzidas?
Na mitocôndria, as coenzimas
reduzidas são oxidadas pelo
Oxigênio (do ar que
respiramos)
NADH e FADH2 + O2
NAD+ e FAD + H2O
Neste processo está acoplada a síntese de ATP
ATP – a principal molécula que “armazena” energia no
Metabolismo
CATABOLISMO
ADP + Pi
ATP
ANABOLISMO
A Energia fica “armazenada” na ligação covalente do ATP
ESTRUTURA do ATP
(Adenosina TriFosfato)
Base nitrogenada Adenina
Três grupos Fosfato
Ligação N-glicosídica
2 Ligações anidrido do
ácido fosfórico
Ribose
Ligação éster
Revisão: Ligação anidrido de ácido
O
O
O
R1-C-OH + HO-C-R2
O
O
R1-C-OH + HO-P-OH
OH
O
O
HO-P-OH + HO-P-OH
OH
OH
O
R1-C-O-C-R2
+ H2O
O
O
R1-C-O-P-OH
+ H2O
OH
O
O
HO-P-O -P-O-H
OH OH
Ácido fosfórico
No ATP
+ H2O
∆G < 0 - O sistema libera E para o
meio
∆G > 0 - O sistema necessita de
Energia para ocorrer
Não indica a velocidade da reação
Exemplo de acoplamento de reações
A+B
ATP
C
ADP + P + Energia
A+B+
A+B
Reação Endergônica: Não espontânea
C
C + Energia
ADP + P + Energia
ATP
Hidrólise do ATP
Reação ocorre
Reação Exergônica: Espontânea
Síntese do ATP
SÍNTESE do ATP
ADP + H3PO4 (Pi)
ATP
+ Energia
Esta reação necessita de Energia para ocorrer. Go’ > 0
Para a síntese do ATP a partir de ADP é necessária uma energia de 7,3 Kcal
por mol.
A Energia vem do catabolismo
Uma Enzima específica atua na catálise
Hidrólise do ATP em ADP + Fosfato (Pi)
ATP
ADP + Pi + Energia
Rompe-se uma ligação anidrido de ácido fosfórico
Esta reação libera Energia para ocorrer. Go’ < 0
Liberação de 7,3 Kcal por mol de ATP (Go’ = - 7,3 Kcal/mol )
Energia utilizada para realizar “trabalho” (síntese, contração muscular, etc)
Enzimas específicas
Hidrólise do ADP em AMP + Fosfato (Pi)
ADP
AMP + Pi + Energia
ADP
Monophosphate (AMP)
Rompe-se uma ligação anidrido de ácido fosfórico
Liberação de 7,3 Kcal por mol de ATP (Go’ = - 7,3 Kcal/mol )
Enzimas específicas
Mapa Metabólico
Ciclo de
Krebs
VIAS METABÓLICAS DEGRADATIVAS - MAPA METABÓLICO
SIMPLIFICADO
POLISSACARÍDIOS
GLICOSE
Setas de ponta dupla indicam
transformações químicas
reversíveis. Os números entre
parênteses indicam o número de
átomos de carbono presentes na
molécula.
PROTEÍNAS
LIPÍDIOS
AMINOÁCIDOS
ÁCIDOS GRAXOS
Acetil-CoA (2)
Oxaloacetato (4)
Citrato (6)
Ciclo de
Krebs
Malato (4)
Isocitrato (6)
CO 2
Fumarato (4)
a
Cetoglutarato (5)
Succinato (4)
3NADH + 1FADH2
CO 2