Bioenergética Bioquímica para Enfermagem Prof. Dr. Didier Salmon MSc. Daniel Lima

Metabolismo Tipicamente, uma célula eucariótica possui a capacidade de sintetizar mais de 30,000 proteínas diferentes que catalisam milhares de reações diferentes envolvendo centenas de metabólitos, que partilham mais de uma via metabólica.

Objetivos do Metabolismo Produzir energia química em forma de ATP e NADH (NADPH, FADH2) contida nos combustíveis: Para sintetizar moléculas complexas partindo de precursores simples = biosíntese Para realizar um trabalho (ex: contração muscular)

Longe do Equilíbrio A célula de qualquer organismo vivo constitui um sistema estável de reações químicas mantidas afastadas do equilíbrio. A célula permanece fora do equilíbrio as custas da energia retirada do meio ambiente. Assim, as células, ao sintetizar macromoléculas complexas a partir de precursores simples, produzem e mantêm uma ordem aparentemente contrária a Segunda lei da termodinâmica

Termodinâmica Primeira lei da termodinâmica: princípio da conservação de energia. “Para qualquer transformação física ou química, a quantidade total de energia no universo permanece constante, a energia pode mudar de forma ou ser transportada de uma região para outra; entretanto, ela não pode ser criada ou destruída.” Segunda lei da termodinâmica: tendência do universo à desordem crescente. “Em todos os processos naturais, a entropia do universo aumenta.”

Como as células se mantêm longe do equilíbrio? Sistemas abertos! – Estruturas dissipativas – Sistema tende a ir para um aumento da desorganização

BIOENERGÉTICA Estudo quantitativo das transformações de energia que ocorrem nas células vivas, bem como da natureza e função dos processos químicos nelas envolvidos.

Transdução de Energia fototróficos quimiotróficos

Liberados para o meio

De onde tiramos nossa energia?

ATP Trifosfato de adenosina – “Moeda energética” dos seres vivos – Nucleotídeo trifosfatado

Hidrólise de ATP A hidrólise do ATP é exergônica

G – energia livre de Gibbs H – entalpia S - entropia Equilíbrio: aA + bB cC + dD Energia Livre de Gibbs

Hidrólise da Fosfocreatina Molécula de estocagem de energia

Rotas Metabólicas Anabolismo Via Biossintética Utilização de energia na forma de trabalho Síntese de Biomoléculas Multiplicação Catabolismo Via degradativa Extração de energia Simplificação das moléculas a compostos comuns

Rotas Metabólicas Anabolismo e catabolismo estão relacionados ATP e NADPH produzidos em vias catabólicas são utilizados em vias anabólicas

Rotas Metabólicas Catabólicas: convergentes Anabólicas: divergentes Algumas vias são cíclicas, ou seja, um precursor da via é regenerado por meio de uma série de reações.

Locais Específicos As vias metabólicas ocorrem em locais específicos da célula – Mitocôndria: ciclo do ácido cítrico, fosforilação oxidativa, oxidação de ácidos graxos, degradação de aminoácidos – Citossol: glicólise, via das pentoses-fosfato, gliconeogênese, biossíntese de ácidos graxos – Lisossomo: digestão enzimática – Núcleo: replicação e transcrição do DNA, processamento do RNA – Golgi: processamento pós-traducional de proteínas sintetizadas no retículo – Retículo Endoplasmático Rugoso: Síntese de proteínas transmembrana, secretoras e da via endocítica Liso: biossíntese de fosfolipídeos e esteroides – Peroxissomos: reações de oxidação (aminoácido-oxidases e catalase)

Características das Rotas Metabólicas Irreversibilidade A 1 B C 2 Ciclo fútil A=B?  G’°<0

Características das Rotas Metabólicas Irreversibilidade A 1 B C 2  G’°<0

Características das Rotas Metabólicas Irreversibilidade A 1 B C 2  G’°<0

Irreversibilidade

Características das Rotas Metabólicas Direcionamento – Várias etapas existem para oxidar a glicose mas somente uma faz sentido nas transformações químicas necessárias para a célula

Economia dos Intermediários – Intermediários que participam de forma reversível nas reações de óxido-redução como transportadores de elétrons NAD + e FAD Características das Rotas Metabólicas

Coenzimas como transportadores de elétrons Reações de oxidação-redução: Agente redutor: molécula doadora de elétrons Agente oxidante: molécula receptora de elétrons C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 O NAD + /FAD NADH/FADH 2 Os nucleotídeos NAD +, NADP +, FMN e FAD são coenzimas hidrossolúveis que sofrem oxidações e reduções reversíveis em muitas das reações metabólicas de transferência de elétrons.

NAD +

FAD

Voltando ao ATP ATP = outro intermediário Cineticamente estável e termodinacamente instável

Acoplamento de energia Reações exergônicas (espontâneas) X Reações endergônicas  G’° para oxidação completa da glicose em CO2 + H20 ~ 686 kcal/mol (2850 kJ/mol)  G’° de hidrolíse de ATP ~7,3 kcal/mol (30,5 kJ/mol) Acoplamento das reações permite a síntese de várias moléculas de ATP

Compostos de alta energia ΔG’º hidrólise < -25 kJ/mol

Fosfoenolpiruvato

1,3-bifosfoglicerato

Fosforilação a nível de substrato Esses compostos fosforilados tem energia suficiente para sintetizar o ATP (potencial de transferência de grupo fosfato) Olha a fosfocreatina aí também!

Características das Rotas Metabólicas Regulação – Limitado pelo substrato (reação em equilíbrio). – Limitado pela enzima (reação exergônica) – passo limitante da via. – Enzimas específicas (pelo menos uma) para catalisar apenas anabolismo ou catabolismo.

Respiração Celular Glicólise Ciclo do Ácido Cítrico Fosforilação Oxidativa

ATP ADP + H + ATP ADP + H + NAD + + Pi NADH + H + ADP ATP H2OH2O ADPATP NADH + H + NAD +