ENZIMAS Universidade Católica de Goiás Departamento de Biologia Bioquímica II ENZIMAS

Metabolismo Transformação da matéria e da energia. A seqüência das reações enzimáticas são chamadas de rota ou via metabólica. Nas rotas metabólicas o produto de uma reação é o substrato da reação subseqüente. As reações metabólicas ocorrem essencialmente no citoplasma ou na mitocôndria (compartimentalização).

Metabolismo Processo geral por meio do qual os sistemas vivos adquirem e usam energia livre para realizarem suas Funções - Catabolismo: reações que convertem energia para as formas biologicamente utilizáveis (Alimento = CO2 + H2O + energia utilizável) Anabolismo: necessitam de energia para ocorrerem (síntese de glicose, DNA, lipídeos)

Metabolismo – reações de oxi-redução

Metabolismo (co-enzimas)

Metabolismo (co-enzimas)

NAD+ NADH + H+ Nicotinaminda adenina dinucleotídeo Principal aceptor de elétrons NAD+ forma reduzida (NADH+H+) Aceita 1 íon H e 2 elétrons.

Metabolismo (co-enzimas)

Metabolismo (co-enzimas)

Flavina adenina dinucleotídeo Metabolismo (co-enzimas) Flavina adenina dinucleotídeo (FAD) FAD+ aceptor de elétrons Aceita 2 hidrogênios (prótons e elétrons). Unidade FMN (Flavina Mononucleotídeo)

Metabolismo (co-enzimas)

ATP + H2O = ADP + Pi + H+ ∆G= - 7,3 kcal/mol ATP + H2O = AMP + PPi + H+ ∆G= - 7,3 kcal/mol Condições fisiológicas ∆G= - 12 kcal/mol

Metabolismo (co-enzimas)

Metabolismo (co-enzimas) Ácido pantotênico Adenosina b-mercaptoetilamina R – C – S - CoA " O Acil CoA (Acido graxo) H3C – C – S - CoA " O Acetil CoA (acetato)

Vitaminas e Co-enzimas Não possuem estrutura química específica comum Não produzem energia ou contribuem para a massa corporal Reguladoras das reações metabólicas Controlam processos de síntese óssea e tecidual Vitamina D  única sintetizada no corpo 13 tipos de vitaminas: Lipossolúveis: A (Retinol), D (Calciferol), E (Tocoferol) e K (Menaquinona) Hidrossolúveis: B1(Tiamina), B2 (Riboflavina), B6 (Piridoxina), B12 (Cianocobalamina) e Vitamina C (Ácido Ascórbico) as principais, sendo importantes também Niacina, Ácido Fólico, Biotina, Ácido Pantotênico, Colina.

Vitaminas e Co-enzimas

Vitaminas e Co-enzimas

Vitaminas e Co-enzimas

Vitaminas e Co-enzimas

Vitaminas e Co-enzimas

Vias metabólicas

Metabolismo - regulação Sinais regulatórios: Hormônios Sistema Nervoso Disponibilidade de Nutrientes Sinais provenientes de dentro da célula: Ativado por substrato Inibidores e ativadores alostéricos Elicitam respostas rápidas – regulação momento a momento Sinais entre células: Elicitam respostas mais lentas Mediada por contato superfícies Sinalização química (hormônios ou neurotransmissores)

Vias metabólicas Consistem em uma série de reações enzimáticas relacionadas que produzem produtos específicos Os reagentes, os intermediários e os produtos são chamados metabólitos Há mais de 2 mil reações metabólicas conhecidas, cada uma catalisada por uma enzima diferente

Vias metabólicas

Vias metabólicas

Controle da rota metabólica

Controle da rota metabólica

Controle da rota metabólica

Respiração Celular/ Glicólise

Respiração Celular/ Glicólise A célula necessita, para produzir energia, de oxigênio e de nutrientes Na respiração celular a célula utiliza o oxigênio e liberta energia contida nos nutrientes, produzindo dióxido de carbono, vapor de água e outros produtos tóxicos

Como a energia é armazenada na célula? Respiração Celular/ Glicólise Como a energia é armazenada na célula? Resp.: Nas ligações fosfato da molécula de ATP.

Respiração Celular/ Glicólise ATP Essa molécula é formada pela união de uma adenina e uma ribose aderida a três radicais fosfato

Respiração Celular/ Glicólise RESPIRAÇÃO AERÓBICA processo pelo qual a glicose é degradada em CO2 e H2O na presença de oxigênio. Rendimento  é maior do que na fermentação  38 ATPs por molécula de glicose quebrada.

Respiração Celular/ Glicólise RESPIRAÇÃO AERÓBICA Fases: Anaeróbica (glicólise): não necessita de oxigênio para ocorrer e é realizada no citoplasma. Aeróbica (ciclo de Krebs e cadeira transportadora de elétrons): requer e presença de oxigênio e ocorre dentro das mitocôndrias C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O + 38 ATP

Respiração Celular/ Glicólise RESPIRAÇÃO AERÓBICA Rendimento final Glicólise: 2 ATPs + 2 NADH Formação do Acetil-CoA: 2 NADH + 2 CO2 Ciclo de Krebs: 6 NADH + 2FADH + 2 ATPs + 2 CO2 Cadeia Transportadora de Elétrons: - NADH  3 ATPs - FADH  2 ATPs - 10 NADH  30 ATPs - 2 FADH  4 ATPs  4 ATPs 38 ATPs

1. Algumas Considerações Históricas: Glicólise/Histórico 1. Algumas Considerações Históricas: No decurso da primeira metade do séc. XX, a Glicólise foi estudada por alguns dos mais renomeados Bioquímicos: 1860: Pasteur postula que a Fermentação é catalisada por enzimas indissociáveis das estruturas celulares 1897: Buchner descobre que as enzimas da fermentação podem atuar independentemente das estruturas celulares 1905: Harden e Young identificam uma Hexose-bisfosfato como intermediária da Glicólise e verificaram a necessidade de certas coenzimas (NAD, ADP e ATP) Anos 30: Embden postulou a separação da Frutose 1,6 - bisfosfato 1938 – Warburg et al. Demonstraram a capacidade de conservar energia sob a forma de ATP

Glicólise/Definição  Glycolysis tem a sua origem no Grego em que glyk = Doce + Lysis = Dissolução Na atualidade podemos definir a Glicólise como a seqüência de reacções que converte a Glicose em Piruvato, havendo a produção de Energia sob a forma de ATP

Glicólise/Definição Ocorre em todos os tecidos (exceto fígado em jejum) Início do processo de oxidação de carboidratos Principal substrato = GLICOSE Substratos 2ários = Frutose e Galactose Possui 2 Fases: - Investimento de Energia (-2 ATPs) - Pagamento de Energia (+ 4ATPs + 2NADH)

Glicólise/Reação Final Glicose + NAD + 2ADP + 2Pi → 2Piruvato + NADH + H + 2ATP + 2H2O 1 açúcar de 6 C 2 açúcares de 3 C A partir deste ponto as reações são duplicadas Saldo 2 moléculas de ATP 2 moléculas de NADH 2 moléculas de Piruvato (3C)

Glicólise/Importâncias Principais Razões: 1 – Principal meio de degradação da Glicólise 2 – Obtenção de Energia mesmo em condições Anaeróbias 3 – Permite a degradação da Frutose e da Galactose Outras Razões: Os tecidos têm necessidade de transformar a energia contida na glicose em ATP A Glicólise é fundamental para a produção de Acetil-CoA A Glicólise foi um dos primeiros sistemas enzimáticos a ser esclarecido, contribuindo o seu estudo para a melhor compreensão dos processos enzimáticos e de metabolismo intermediário

GLICÓLISE - importância Etapas da Glicólise GLICÓLISE - importância - A Glicólise divide-se em duas partes principais: 1- Ativação ou Fosforilação da Glicose 2- Transformação do Gliceraldeído em Piruvato

Glicólise/Fases Glicose + ATP Glicose -6-Fosfato + ADP Glicose -6- Fosfato Frutose -6- Fosfato

Glicólise/Fases Frutose -6-P + ATP Frutose 1,6-BiFosfato + ADP Frutose 1,6-BiFosfato Gliceraldeído 3-P + Dihidrocetona Fosfato

Glicólise/Fases Gliceraldeído 3-P Dihidrocetona Fosfato

Glicólise/Fases 1-3 Bisfosfoglicerato + ADP 3-Fosfoglicerato + ATP Gliceraldeído 3-P + NAD + Pi 1-3 Bisfosfoglicerato + NADH + H 1-3 Bisfosfoglicerato + ADP 3-Fosfoglicerato + ATP

Glicólise/Fases 3-Fosfoglicerato 2-Fosfoglicerato 2-Fosfoglicerato Fosfoenolpiruvato + H O 2

Glicólise/Fases Fosfoenolpiruvato + ADP Piruvato + ATP Última Reação

Glicólise: Fase de investimento (6C) Glicoquinase ou hexoquinase fosfohexose isomerase fosfofrutokinase 1 aldolase triose fosfato 1 2 3 4 (2x 3C) 5 2 x Glyceraldehyde 3-phosphate

Glicólise: Fase de pagamento triose fosfato isomerase 5 Glyceraldehyde 3-phosphate + Dihydroxyacetone phosphate triose fosfato isomerase 5 gliceraldeído 3P deidrogenase 6 Fosfoglicerato quinase 7 Fosfoglicerato mutase 8 enolase 9 piruvato kinase 10

Glicólise/Controle A necessidade glicolítica varia de acordo com os diferentes estados fisiológicos Há uma activa degradação deste açúcar após uma refeição rica em hidratos de carbono, assim como uma acentuada redução durante o Jejum. Deste Modo, o grau de conversão de Glicose para o Piruvato é regulado, por forma a satisfazer as necessidades celulares

Glicólise/Controle  O Controle a Longo Prazo da Glicólise, particularmente no fígado, é efetuado a partir de alterações na quantidade de Enzimas glicolíticas. Esta ação refletirá nas taxas de síntese e degradação  O Controlo a Curto Prazo é feito por alteração alostérica (concentração de produtos) reversível das enzimas e também pela sua fosforilação. As enzimas mais propensas a serem locais de controle são as que catalisam as reações irreversíveis: Hexocinase Fosfofrutocinase Cinase do Piruvato

Glicólise/Anaeróbica anaeróbia

Fermentação alcoólica Leveduras utilizadas na fabricação de cerveja e de pão Podem ser chamados de anaeróbicos facultativos Fermentação alcoólica - produz álcool Produtos Finais: etanol, CO2 e 2 ATPs

Fermentação láctica Realizada por bactérias do leite que é empregada na preparação de iogurtes e queijos Também ocorre em nossos músculos em situações de grande esforço físico