Metabolismo Ficheiro - Moodle
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Metabolismo Como é que as células extraem energia e poder redutor do ambiente? Como é que as células sintetizam as unidades das macromoléculas? Os seres vivos precisam de energia para: Realização de trabalho mecânico Transporte activo Síntese de macromoléculas Os seres fototróficos transformam a energia da luz em energia química. Os seres quimiotróficos obtêm energia química através da oxidação de moléculas orgânicas. Metabolismo série de reacções químicas interligadas que começa numa molécula e a converte noutra de uma forma cuidadosamente definida. Metabolismo da glucose Vias metabólicas Vias metabólicas: 1.Reacções catabólicas - convertem energia em formas biologicamente úteis. Catabolismo Combustíveis (glúcidos, gorduras) → CO2 + H2 O + energia útil 2. Reacções anabólicas – necessitam de energia Anabolismo Energia útil + pequenas moléculas → moléculas complexas O metabolismo é composto por muitas reacções acopladas e interrelacionadas Uma via metabólica tem que satisfazer dois critérios: 1.As reacções individuais devem ser específicas (dar origem apenas a um conjunto de produtos). 2. O conjunto de reacções da via deve ser favorável termodinâmicamente. Uma reacção termodinâmicamente desfavorável pode ser accionada por uma reacção termodinâmicamente favorável que lhe está acoplada. O intermediário B comum, acopla as reacções O ATP é a moeda universal de energia livre nos sistemas biológicos Trifosfato de adenosina (ATP) Difosfato de adenosina (ADP) Monofosfato de adenosina (AMP) Estruturas do ATP, ADP e AMP O ATP é uma molécula rica em energia porque tem duas ligações fosfoanidrido Uma grande quantidade de energia livre é libertada quando o ATP é hidrolisado a ADP e Pi ou a AMP e PPi. O valor preciso de ∆ Go´ para estas reacções depende da força iónica do meio e da concentração de iões metálicos Nas condições celulares é cerca de – 12 kcalmol-1 . ATP e acoplamento de energia Se a reacção for acoplada à hidrólise de ATP: A pH 7, a constante de equilibrio desta reacção acoplada é: No equilíbrio, a razão de [B] para [A] é dada por: O sistema de criação de ATP das células mantém a razão [ATP]/[ADP] na ordem de 500 M-1 . Para esta razão: A hidrólise do ATP permitiu que A seja convertido em B até que a razão [B]/[A] atinja o valor de 1,34 x 105 . O acoplamento da hidrólise do ATP com a conversão de A em B fez variar a constante de equilíbrio de um factor aprox. de 108 . A hidrólise de n moléculas de ATP faz variar o equilíbrio de uma reacção acoplada (ou uma sequência de reacções) num factor de 108n . Uma sequência de reacções termodinâmicamente desfavorável pode ser convertida numa favorável acoplando-a à hidrólise de um nº suficiente de moléculas de ATP. Base estrutural do elevado potencial do ATP para transferir o grupo fosforil Comparação da energia livre padrão de hidrólise do ATP com a do glicerol 3-fosfato. O ATP tem uma maior tendência para transferir o seu grupo fosforil terminal do que o glicerol 3-fosfato Qual a base estrutural do elevado potencial de transferência do grupo fosforil pelo ATP? 1.Estabilização por ressonância O ADP e particularmente o Pi têm uma maior estabilização por ressonância do que o ATP. Estruturas de ressonância do ortofosfato Estrutura improvável de ressonância 2. Repulsão electrostática A pH 7 a unidade trifosfato do ATP transporta 4 cargas negativas. A repulsão entre elas é reduzida quando o ATP é hidrolizado. 3. Estabilização devida a hidratação. A água pode ligar-se mais efectivamente ao ADP e Pi do que à parte fosfoanidrido do ATP, estabilizando o ADP e Pi por hidratação. Energias livres de hidrólise de alguns compostos fosforilados Composto ∆G0´ Fosfoenolpiruvato - 14,8 Carbamoil fosfato - 12,3 Acetilfosfato - 10,3 Creatina fosfato - 10,3 Pirofosfato - 8,0 ATP( a ADP) - 7,3 Glucose 1-fosfato - 5,0 Glucose 6-fosfato - 3,3 Glicerol 3-fosfato - 2,2 Fosfoenolpiruvato Compostos com elevado potencial de transferência do grupo fosforil Fosfato de creatina 1,3 - Bifosfoglicerato A posição intermédia do ATP permite-lhe funcionar como transportador de grupos fosforil. O fosfato de creatina (creatina fosfato) nos músculos dos vertebrados serve de reservatório de grupos fosforil que podem ser transferidos para regenerar ATP a partir de ADP. Creatina quinase Fosfato de creatina Creatina [creatina] [Fosfato de creatina] No músculo em descanso as concentrações típicas destes metabolitos são: [ATP]= 4 mM [ADP] = 0,013 [Creatina] = 13 mM [fosfato de creatina] = 25 mM Fontes de ATP durante o exercício A oxidação de combustíveis de carbono é uma importante fonte de energia celular •A quantidade total de ATP no corpo é aprox. 100 g. •Um ser humano em descanso consome cerca de 40 kg de ATP em 24h. •Durante um exercício violento a taxa de utilização do ATP pode ir até 0,5 kg/min. •Numa corrida de 2h são utilizados cerca de 60 kg de ATP. A formação de ATP é uma das principais funções do catabolismo. Movimento Transporte activo Biossínteses Amplificação de sinal Oxidação de moléculas de combustível ou Fotossíntese O carbono das moléculas é oxidado a CO2, e a energia libertada é usada para regenerar ATP a partir de ADP e Pi. Nos organismos aeróbios o último aceitador de e- é o O2 e o produto de oxidação é o CO2 . Menor energia Maior energia Metano Metanol Formaldeído Ácido fórmico Dióxido de carbono Energia livre de oxidação de compostos com 1 átomo de C As moléculas dos combustíveis são mais complexas Glucose Ácido gordo A oxidação tem lugar num átomo de Carbono de cada vez. A energia de oxidação é usada por vezes para criar um composto com um elevado potencial de transferência do grupo fosforil, e noutros casos um gradiente de iões. Em qualquer dos casos o ponto final é a formação de ATP. Compostos de elevado potencial de transferência de fosforil podem acoplar a oxidação do carbono à síntese de ATP. Gliceraldeído 3-fosfato Gliceraldeído 3-fosfato 1,3-Bifosfoglicerato Ácido fosfoglicérico 1,3 -Bifosfoglicerato Ácido fosfoglicérico A energia de oxidação é inicialmente capturada como um composto de fosfato de alta energia e depois usada para formar ATP Gradientes de iões através de membranas podem ser acoplados à síntese de ATP A oxidação de combustíveis permite a formação de gradientes de protões. Estes accionam a síntese de ATP. Fases na extracção de energia dos alimentos 1. As grandes moléculas são hidrolisadas em subunidades. Não há produção de energia. 2. As pequenas moléculas são degradadas a unidades simples com papéis centrais no metabolismo. Algum ATP é gerado. 3. É produzido ATP a partir da oxidação completa da unidade acetil do acetil CoA (ciclo de Krebs e fosforilação oxidativa) As vias metabólicas têm motivos comuns Transportadores activados 1.O ATP é um transportador activado de grupos fosforil. 2.Transportadores activados de e- para oxidação de combustíveis: NAD+ e FAD R= H Nicotinamida adenina dinucleotido Flavina adenina dinucleótido 3. Transportador activado de e- para biosínteses redutivas: NADP+ Semelhante ao NAD mas R= PO324. Transportador activado de fragmentos de 2 átomos de carbono: coenzima A (CoA). O acetil CoA tem um elevado potencial para transferir grupos acetil porque a transferência do grupo acetil é exergónica Estrutura do coenzima A (CoA) O uso de transportadores activados ilustra dois aspectos chave do metabolismo: 1. NADH, NADPH e FADH2 reagem lentamente com o O2 na ausência de um catalisador e o ATP e o acetil CoA são hidrolisados lentamente na ausência de um catalisador. A estabilidade cinética destas moléculas na ausência de catalisadores específicos permite aos enzimas controlar o fluxo de energia livre e poder redutor. 2. A maioria das trocas de grupos activados no metabolismo são realizadas por um pequeno nº de transportadores. Transportador activado Grupo Precursor ATP Fosforil NADH e NADPH electrões Niacina FADH2 electrões Vit. B12 Coenzima A Acil Vit. B2 Lipoamida Acil Pantotenato Tiamina pirofosfato Aldeído Vit. B1 Biotina CO2 Biotina Tetrahidrofolato 1 at. C Folato S-adenosilmetionina Metil Uridina difosfato glucose Glucose Nucleosido trifosfatos Nucleótidos As reacções chave são repetidas no metabolismo Tipo de reacção Descrição Oxidação-redução Transferência de electrões Ligação requerendo ATP Formação de lig. covalentes Isomerização Rearranjo de átomos formando isómeros Transferência de grupos Transferência de grupos funcionais Hidrólise Clivagem de ligações por adição de água Adição ou remoção de grupos funcionais Adição de grupos funcionais a duplas ligações ou remoção para formar duplas ligações Os processos metabólicos são regulados por: 1.Controlo da quantidade dos enzimas. 2.Controlo das actividades catalíticas dos enzimas. 3.Controlo da acessibilidade dos substratos. As vias biosintéticas e as degradativas são sempre diferentes. A regulação também é facilitada pela compartimentação. Ex. A oxidação de ácidos gordos é feita no mitocôndrio e a síntese de ácidos gordos é feita no citosol.
