Metabolismo de carboidratos Aula 2 Bioenergética e Metabolismo de carboidratos

C A A N T B De onde vem a energia pra estas atividades? Carboidratos Gorduras Proteínas C A T B O L I S M CO2 H2O NH3 A N B O L I S M Aminoácidos Glicídeos Ácidos Graxos Proteínas Polissacarídeos Lipídeos Energia química

Metabolismo Atividade coordenada em um sistema multi-enzimático para: obter energia química através da luz solar (fototróficos) ou de nutrientes disponíveis no meio-ambiente (quimitróficos); converter micronutrientes em biomacromóleculas; sintetizar ou degradar biomóleculas

A=B? Características das rotas metabólicas: Irreversibilidade Direcionamento Economia dos intermediários Regulação DG’°<0 A 1 B C 2 A=B? ciclo fútil

Características das rotas metabólicas: Irreversibilidade Direcionamento Economia dos intermediários Regulação DG’°<0 A 2 1 C B

Características das rotas metabólicas: Irreversibilidade Direcionamento Economia dos intermediários Regulação DG’°<0 A 2 1 C B

Características das rotas metabólicas: Irreversibilidade Direcionamento Economia dos intermediários Regulação Várias etapas existem para oxidar a glicose mas somente uma faz sentido nas transformações químicas necessárias para a célula

Características das rotas metabólicas: Irreversibilidade Direcionamento Economia dos intermediários Regulação Intermédiários que participam de forma reversível nas reções de oxido-redução como transportadores de életrons

Características das rotas metabólicas: Irreversibilidade Direcionamento Economia dos intermediários Regulação 1) Limitado pelo substrato (reação em equilíbrio). 2) Limitado pela enzima (reação exergônica) – passo limitante da via. 3) Enzimas específicas (pelo menos uma) para catalisar apenas anabolismo ou catabolismo.

Produzir energia química em forma de ATP e NADH (NADPH, FADH2, etc) Objetivos do metabolismo Produzir energia química em forma de ATP e NADH (NADPH, FADH2, etc) Para sintetizar moléculas complexas partindo de precursores simples (anabolismo ou biosíntese) Para realizar um trabalho (ex: contração muscular)

Rotas metabólicas Vias catabólicas: convergentes Vias anabólicas: divergentes Algumas vias são cíclicas, ou seja, um precursor da via é regenerado por meio de uma série de reações.

Bioenergética Bioenergética é o estudo quantitativo da transdução de energia que ocorre nas células bem como os processos químicos envolvidos.

Bioenergética A célula de qualquer organismo vivo constitui um sistema estável de reações químicas mantidas afastadas do equilíbrio. A célula permanece fora do equilíbrio a custa da energia retirada do meio ambiente. Assim, as células sintetizando macromoléculas complexas a partir de precursores simples, produzem e mantem uma ordem aparente... Isso é contrário à Segunda lei da termodinâmica ?! Ou não?!

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.”

Células são sistemas abertos que tendem a desordem!

Transdução de energia Fototróficos Quimiotróficos

Bioenergética Unidades termodinâmicas que descrevem a variação de energia: Energia Livre de Gibbs, G: quantidade de energia necessária para realizar uma reação a temperatura e pressão constantes. Entalpia, H: calor contido no sistema reacional. Entropia, S: quantidade desordem do sistema.

G – energia livre de Gibbs H – entalpia S - entropia Equilíbrio: aA + bB cC + dD (ΔG’° = ΔG padrão: medido sob condições de temperatura, pressão e concentração constantes)

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

ATP: “Moeda” energética Hidrólise do ATP: A liberação de ADP e Pi é mais estável do que o composto por ATP.  Liberação de energia.

Fosfocreatina: Outra molécula de estocagem de energia

Hidrólise do fosfoenolpiruvato (PEP)

Hidrólise do 1,3-difosfoglicerato

Compostos de alta energia ΔG’° hidrólise < -25 kJ/mol Alguns desses compostos fornecem energia suficiente para sintetizar ATP

Coenzimas como transportadores de elétrons Reações de oxidação-redução: Agente redutor: molécula doadora de elétrons Agente oxidante: molécula receptora de elétrons C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O 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 NADH/FADH2

NAD NAD+  NADH (oxidado) (reduzido) Forma ativa da coenzima B3; Encontrada nas células de todos os seres vivos; Usado como "transportador de elétrons" nas reações metabólicas de oxi-redução

FAD FAD  FADH2 (oxidado) (reduzido)

Metabolismo de carboidratos

Carboidratos Compostos orgânicos com pelo menos três carbonos, onde todos os carbonos possuem um grupamento hidroxil, com exceção de um carbono que possui um grupamento carbonil; Podem ser aldoses (carbonil em uma posição terminal) ou cetoses (carbonil em posição não-terminal); Fórmula geral (CH2O)n.

Classes de carboidratos Monossacarídeo Dissacarídeo Oligossacarídeo Polissacarídeo (>20 unidades monossacarídicas)

Monossacarídeos possuem centros de assimetria Isômeros óticos (enantiômeros): Formas D e L

Classsificação quanto ao número de carbonos

Classsificação quanto ao número de carbonos

Estruturas cíclicas Forma linear Forma cíclica  Grupamento acetal (apresenta quiralidade) OBS: Aldoses geram grupamento acetal; Cetoses geram grupamento cetal

Estruturas cíclicas 5 carbonos: 6 carbonos:

Monossacarídeos modificados Grupo hidroxil substitído por outros grupos; ou carbonila oxidada gerando uma carboxila. Outra modificação importante é a fosforilação.

Extremidade redutora

Formação de polímeros

Formação de polímeros 1 extremidade redutora Açúcar não-redutor Açúcar não-redutor

Dissacarídeos Glicose Galactose Ligação:  1,4 LACTOSE Glicose Frutose SACAROSE

Polissacarídeos Celulose: Unidades de glicose unidas por ligações glicosídicas  1,4.

Polissacarídeos Amido: Composto de duas frações: amilose (A) e amilopectina (B), que correspondem, respectivamente, a cerca de 20% e 80% do amido na maioria das plantas. Amilose é composta por cadeias lineares de resíduos de glicose unidos por ligações  1,4. Amilopectina contém cadeias lineares curtas, cerca de 24-30 unidades de glicose e cadeias ramificadas formadas por ligações  1,6. AMILOSE: cadeia linear / ligações  1,4 AMILOPECTINA: cadeia linear / ligações  1,4 cadeia ramificada / ligações  1,6

Polissacarídeos Glicogênio: As cadeias da molécula de glicogênio assemelham às da amilopectina, embora sejam mais ramificadas (13 resíduos de glicose e duas ramificações por cadeia). As unidades de glicose estabelecem ligações  1,4 nos segmentos lineares, é ligações  1,6 nas ramificações.

Funções gerais dos carboidratos Bioenergética: são degradados para ressintetise de ATP Estrutural: a parede celular dos vegetais, a celulose. Reserva de energia: amido (vegetais), glicogênio (animais), trealose (insetos) Moléculas de adesão (membrana plasmática)