INTRODUÇÃO AO METABOLISMO Para manterem-se vivos e desempenharem diversas funções biológicas os organismos necessitam continuamente de energia. Energia obtida através da oxidação de compostos químicos. Mamíferos: compostos orgânicos são oxidados.

O Metabolismo Conjunto de todas as transformações químicas catalisadas enzimaticamente. REAÇÕES CATABÓLICAS: Moléculas complexas são convertidas em compostos mais simples. Liberadoras de energia. REAÇÕES ANABÓLICAS: Biossíntese das biomoléculas, onde precursores mais simples formam moléculas mais complexas. Requerem o fornecimento de energia.

NÚMERO DE OXIDAÇÃO DO CARBONO EM VÁRIOS GRUPOS FUNCIONAIS

INTRODUÇÃO AO METABOLISMO CATABOLISMO NUTRIENTES (carboidratos, lipídeos, proteínas) oxidação ATP COENZIMAS oxidadas ATP + H2O CO2 H+ + e- COENZIMAS reduzidas O2 + ADP + Pi NADH, NADPH, FADH2

É um composto rico em energia. ATP É um composto rico em energia. É a energia química do ATP que é utilizada para promover processos biológicos que consomem energia. Adenina Grupos fosfato

ATP A hidrólise das ligações fosfodiéster do ATP liberam uma grande quantidade de energia. P Adenina Adenina ribose P P P ribose P P H2O Energia livre

COENZIMAS Participam de reações de oxidação-redução. Atuam como transportadoras de prótons e elétrons. Existem em 2 formas: reduzida e oxidada NAD+: forma oxidada NADH: forma reduzida

A GLICÓLISE E O CATABOLISMO DAS HEXOSES A D-glicose é o principal combustível da maioria dos organismos e ocupa uma posição central no metabolismo. É a única aldose comumente encontrada na natureza como monossacarídeo; É relativamente rica em energia potencial; a sua oxidação completa até CO2 e H2O ocorre com uma variação de energia livre padrão de -2.840 KJ/mol;

2/3 1/3

(do grego glykys, significa ‘doce’, e lysis, significa GLICÓLISE (do grego glykys, significa ‘doce’, e lysis, significa ‘quebra’) A glicólise possui 2 fases: fase preparatória e fase de pagamento

1º FASE: FASE PREPARATÓRIA

2º FASE: FASE DE PAGAMENTO

Glucoquinase ou Hexoquinase 1º FASE: FASE PREPARATÓRIA  Fosforilação da glicose doador de fosfato O 6 O P O CH2 HO CH2 O O 5 ATP ADP O H H H H H H Mg2+ 4 1 OH H OH H Glucoquinase ou Hexoquinase HO OH HO OH 2 3 H OH H OH DG’o = - 16,7 kJ/mol Glucose Glucose-6-fosfato A hexoquinase catalisa a fosforilação de outras hexoses como a D-frutose e a D-manose.

 Conversão da glicose-6-fosfato em frutose-6-fosfato 1º FASE: FASE PREPARATÓRIA  Conversão da glicose-6-fosfato em frutose-6-fosfato A fosfoexose isomerase é específica para G-6-P e F-6-P aldose cetose

Fosfohexose isomerase P O O H C H C O H H O H C C O P O OH H HO OH P O O C C H C H H OH O OH C O H H H H H H C O C H C C C C OH H Fosfohexose isomerase HO OH H H OH HO C C C C H OH OH H

 Fosforilação da frutose-6-fosfato em frutose-1,6-bifosfato 1º FASE: FASE PREPARATÓRIA  Fosforilação da frutose-6-fosfato em frutose-1,6-bifosfato doador de fosfato Algumas bactérias, protistas e vegetais possuem uma PFK-1 que usa o pirofosfato e não o ATP como o doador do grupo fosfato na síntese da frutose-1,6-bifosfato.

 Clivagem da frutose-1,6-bifosfato 1º FASE: FASE PREPARATÓRIA  Clivagem da frutose-1,6-bifosfato cetose aldose A aldolase dos tecidos dos animais vertebrados não requer um cátion divalente, porém em muitos microorganismos a aldolase requer Zn2+.

 A interconversão das trioses fosfato 1º FASE: FASE PREPARATÓRIA

2º FASE: FASE DE PAGAMENTO Oxidação do gliceraldeído-3-fosfato em 1,3-bifosfoglicerato Receptor de H+ doador de fosfato Esta é a primeira das duas reações conservadoras de energia da glicólise. Ocorre uma desidrogenação no grupo aldeído do gliceraldeído-3-fosfato formando um anidrido de ácido carboxílico (acil fosfato) com o ácido fosfórico.

A síntese de 2,3-bifosfoglicerato em eritrócitos e seu efeito na capacidade de transporte de oxigênio no sangue 2,3-bifosfoglicerato Gliceraldeído-3-fosfato 1,3-bifosfoglicerato 3-fosfoglicerato 2-fosfoglicerato GAPDH PGK PGM Bifosfoglicerato mutase 2,3-bifosfoglicerato fosfatase A ligação específica do 2,3-BPG à desoxiemoglobina diminui a afinidade da hemoglobina pelo O2. Defeitos genéticos da glicólise nos eritrócitos alteram a capacidade do sangue de transportar O2.

2º FASE: FASE DE PAGAMENTO  Transferência do fosfato do 1,3-bifosfoglicerato para o ADP A formação de ATP pela transferência de um grupo fosfato de um substrato como o 1,3-bifosfoglicerato é referida como fosforilação no nível do substrato ( difere da fosforilação ligada à respiração).

 Conversão do 3-fosfoglicerato em 2-fosfoglicerato 2º FASE: FASE DE PAGAMENTO O nome mutase é dado a enzimas que catalisam a transferência de um grupo funcional de uma posição para outra na mesma molécula de substrato.

2º FASE: FASE DE PAGAMENTO  Desidratação do 2-fosfoglicerato para fosfoenolpiruvato Esta é a segunda reação glicolítica que gera um composto com alto potencial de transferência de grupo fosforil.

2º FASE: FASE DE PAGAMENTO  Transferência do grupo fosforil do fosfoenolpiruvato para o ADP Nesta reação de fosforilação no nível do substrato , o piruvato aparece primeiro na forma enol, que é rapidamente tautomerizada na forma cetônica predominante no pH 7,0.

O balanço final mostra um ganho líquido de ATP Equação global Glicose + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi 2 piruvato + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O A) Conversão de glicose em piruvato Glicose + 2NAD+ 2 piruvato + 2NADH + 2H+ G1’º =-146KJ/mol B) Formação de ATP a partir de ADP e Pi 2ADP + 2Pi 2ATP + 2H2O G2’º = 2 (30,5) = 61KJ/mol Gs’º = G1’º + G2’º = -146 KJ/mol + 61 KJ/mol = - 85 KJ /mol

DESTINO AERÓBICO DO PIRUVATO CITOSOL GLICOSE Ciclo de Krebs ACETIL CoA 2 NADH + 2 ATP 2 PIRUVATO 2 PIRUVATO Matriz MITOCÔNDRIA

2NADH + 2H+ + O2 2NAD+ + 2H2O mitocôndria Cadeia respiratória

Glicose 2 Piruvato 2 Etanol + CO2 2 Lactato DESTINO ANAERÓBICO DO PIRUVATO Glicose Glicólise (10 reações sucessivas) 2 Piruvato Condições anaeróbicas 2 Etanol + CO2 Fermentação até álcool na levedura Fermentação até lactato no músculo em contração vigorosa, nos eritrócitos, em algumas outras células e em alguns microorganismos 2 Lactato Condições anaeróbicas

Fermentação É o processo de degradação incompleta de substancias orgânicas com liberação de energia e realizada por células animais e também por fungos e bactérias. Existem diversos tipos de fermentação, que variam quanto ao produto final.

O lactato é o produto do metabolismo da glicose no eritrócito Fermentação do ácido láctico Quando os tecidos animais não podem ser supridos com O2 suficiente para suportar a oxidação aeróbica do piruvato e do NADH da glicólise, o NAD+ é regenerado a partir do NADH pela redução do piruvato a lactato. Glicose 2 Piruvato 2 Lactato 2 NAD+ 2 NADH O lactato é o produto do metabolismo da glicose no eritrócito

Utilização pelo homem: Fermentação do ácido láctico Utilização pelo homem: Produção queijos e iogurtes Microrganismos: Lactobacillus spp Leuconostoc spp Bifidobacterium spp

Fermentação alcoólica Está ausente nos tecidos de animais vertebrados A levedura e outros microorganismos fermentam a glicose em etanol e CO2. Equação geral Glicose + 2ADP + 2Pi 2 etanol + 2CO2 + 2ATP + 2H2O  A piruvato carboxilase está presente nas leveduras utilizadas em cervejaria e padaria. O CO2 produzido na descarboxilação de piruvato pelas leveduras de cervejaria é o responsável pela carbonatação característica do champanhe. Na panificação, o CO2 liberado provoca o aumento de volume da massa panificada. Está presente em organismos que metabolizam o álcool

Fermentação alcoólica Utilização pelo homem: Produção de pães e bolos - fermento biológico Produção de Bebidas alcóolicas

Fermentação malolática MALATO PIRUVATO LACTATO NADH NAD+ CO2 Transformação biológica que ocorre no vinho após a fermentação alcoólica. Microorganismos: Lactobacillus, Leuconostoc e Pediococcus Efeitos: Reduz a acidez fixa do vinho Estabiliza o vinho Aumenta o aroma do vinho