Metabolismo Ficheiro - Moodle

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.