METABOLISMO.

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1 METABOLISMO

2 Metabolismo Somatória de todas as transformações químicas de uma célula ou organismo responsáveis pela organização molecular, obtenção de energia e síntese/degradação de moléculas específicas Via metabólica – transformação de uma molécula ou um grupo de moléculas relacionadas Dividido em: Anabolismo Catabolismo

3 Quais as principais vias metabólicas dos organismos???
VIAS CATABÓLICAS (energia) VIAS ANABÓLICAS (síntese) Glicose tem um papel importante nos dois conjuntos de vias metabólicas

4 Liberar energia na forma de ATP e NADH (originar intermediários para síntese)
Precursor de intermediários metabólicos em várias reações biossintéticas Pode ser polimerizada, estocada, transportada e liberada rapidamente quando o organismo precisa de energia ou para compor estruturas especiais

5 GLICÓLISE (Oxidação da glicose)

6 Muito similar nos mais diversos organismos
GLICÓLISE grego (glykys = doce e lysis = quebra) Quebra de uma molécula de glicose (6C) liberando duas moléculas de piruvato (3C) através de uma série de reações enzimáticas 2 Muito similar nos mais diversos organismos Origina o piruvato que pode ser usado para síntese de energia (ATP) ou intermediários para outras vias de síntese de outras moléculas (aminoácidos e ácidos graxos)

7 conversão do gliceraldeido-3-fosfato em piruvato – síntese ATP e NADH
Fase preparatória –(cinco reações) fosforilação da glicose (6C)e conversão para 2 moléculas de gliceraldeido-3-fosfato (3C) – gasto de ATP A glicólise ocorre no citosol das células transforma a glicose em duas moléculas de piruvato e é constituída por uma sequência de 10 reações (10 enzimas) divididas em duas fases. Fase de pagamento – (cinco reações) conversão do gliceraldeido-3-fosfato em piruvato – síntese ATP e NADH 1

8 Porque isso? Qual a função desses grupamentos nas moléculas?
Durante toda a Glicólise existe a formação de intermediários fosfatados... Porque isso? Qual a função desses grupamentos nas moléculas? Os grupos fosfatos em ambiente com pH próximo de 7,0 da a cada um dos intermediários da glicose uma carga líquida negativa. Como a membrana plasmática é impermeável às moléculas que exibem cargas elétricas, os intermediários fosforilados não podem se difundir para fora das células. A ligação de grupos fosfato aos sítios ativos das enzimas fornece energia de ligação que contribui para baixar a energia de ativação e aumentar a especificidade das reações catalisadas enzimaticamente. Os grupos fosfato são componentes essenciais na conversão enzimática de energia metabólica. A energia liberada em quebra de ligações de anidridos do ácido fosfórico (como aqueles no ATP) é parcialmente conservada na formação de ésteres de fosfato, tais como a glicose-6-fosfato. Os compostos fosfóricos de alta energia, formados na glicólise (1,3-bifosfoglicerato e fosfoenolpiruvato), doam grupos fosfato ao ADP formando ATP. 4

9 ∆Go’ 6,3kJ/mol ∆Go’ -18,5kJ/mol ∆Go’ 4,4kJ/mol ∆Go’ 7,5kJ/mol ∆Go’ -31,4kJ/mol 5 A via glicolítica é constituída por uma sequencia de reações acopladas espontâneas (∆Go’ negativo) e não espontâneas (∆Go’ positivo) Glicólise é um processo espontâneo, que libera grande quantidade de energia 6 Olhando o mapa metabólico calcular a equação geral da glicólise.

10 Equação global da glicólise
Reação espontânea liberadora de energia Equação global da glicólise Glicose+ 2NAD++2ADP+2Pi  2 Piruvato + 2(NADH+H+) + 2 ATP+2 H2O G´o = -85 kJ/mol Glicose + 2NAD+  2 Piruvato + 2(NADH + H+) G´o = -146 kJ/mol 4ADP + 4Pi  4 ATP H2O G´o = 122 kJ/mol 2 ATP H2O → 2ADP + 2Pi G´o = -61 kJ/mol 2

11 Enzimas alostéricas Via glicolítica tem pontos de regulação
3 reações irreversíveis Maior ∆G (mais negativos) Hexoquinase (reação 1) Fosfofrutoquinase (reação 3) Piruvato quinase (reação 10) Enzimas alostéricas

12 Hexoquinase Regulação alostérica pelo produto da reação (glicose 6-P) isso não ocorre no fígado dos mamíferos mas é importante nas células dos músculos Fosfofrutoquinase Enzima alostérica onde agem diversos moduladores positivos e negativos Principal ponto de regulação nos animais Piruvato quinase – regulação alostérica e diferente em diferentes células Principal ponto de regulação vegetais

13 Vias afluentes da glicólise
Além da glicose muitos outros açúcares encontram destino metabólico na glicólise – se transformam em intermediários da fase preparatória

14 Piruvato 7

15 Qual o destino do piruvato formado na glicólise ?
anaerobiose aerobiose Fermentação a etanol por leveduras e outros organismos Fermentação a lactato nos músculos, eritrócitos e alguns microrganismos Ciclo do ácido cítrico Células animais, vegetais e microrganismos aeróbicos Ganho líquido 2 ATP e 2 NADH Respiração celular Transportadores reduzidos (NADH e FADH2 ) transferem seus elétrons para o O2 (ficam oxidados e formam água) e induzem a síntese de ATP

16 Fermentação Processo de transformação do piruvato que ocorre na ausência de oxigênio, com objetivo de oxidar o NADH produzido na Via Glicolítica para que essa via não pare.

17 Fermentação alcoólica
Ganho líquido da fermentação alcoólica da glicose 2 ATP (glicólise), regeneração do NAD+ e produção de CO2 Leveduras e outros microrganismos regeneração do NAD+ Fermentação láctica Ganho líquido da fermentação láctica da glicose 2 ATP (glicólise) e regeneração do NAD+ Ocorre em situações de hipóxia, importante em tecidos animais e em alguns microrganismos

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19 Fermentação láctica Exercício intenso (animais de grande porte, peixes do fundo do mar, crocodilos e jacarés, atletas), células vermelhas do sangue que não tem mitocôndria, alguns microrganismos. Lactato pode ser regenerado em glicose no fígado ou transformado novamente em piruvato (Ciclo de Cori ) Dor no músculo após exercício intenso é causada pelo lactato? Concentração sanguínea de lactato e dor muscular tardia: estratégia de aula prática para o ensino integrado dos eventos metabólicos J. M. F. Antunes Neto Revista Brasileira de Prescrição e Fisiologia do Exercício, São Paulo, v.6, n.33, p Maio/Jun ISSN

20 (importante na indústria alimentícia)
Fermentação láctica pode ser realizada por um grande número de microrganismos (importante na indústria alimentícia) Alguns microrganismos (lactobacilos e estreptococos) em anaerobiose, fermentam a lactose do leite a ácido lático. A produção de ácido desnatura a caseína do leite (proteína) e faz com que ele precipite.

21 Fermentação alcoólica
Leveduras e outros microrganismos Processo reversível utiliza 2 enzimas: Piruvato descarboxilase (microrganismos que fazem a fermentação alcoólica e algumas plantas). Não existe nos animais Metabolizado no fígado pela acetaldeido desidrogenase e glutationa → acetato Desidrogenase alcoólica é encontrada em organismos que metabolizam o etanol (fígado do homem) Metabolismo passo a passo  Por J. G. Salway

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23 Fermento biológico (Saccharomyces cerevisiae)
Fermentação alcoólica (importante na indústria alimentícia) Fermento biológico (Saccharomyces cerevisiae)

24 levedura - via glicolítica e fermentação alcoólica
Indústria de bebidas fermentadas e biocombustíveis Produção de Biocombustível ou bebidas – fonte de carboidrato como amido (glicose), sacarose (glicose + frutose), maltose (glicose+glicose) levedura - via glicolítica e fermentação alcoólica

25 Liberar energia na forma de ATP e NADH na presença ou não de oxigênio
(fermentação) Pode ser polimerizada, estocada, transportada e liberada rapidamente para o organismo produzir energia ou compor estruturas especiais

26 Via das pentoses fostato
A glicose além de ser metabolizada pelas reações da glicólise pode ser utilizada, dependendo das condições metabólicas e fisiológicas da célula, em uma outra via oxidativa Via das pentoses fostato Via do fosfogliconato ou Via da hexose monofosfato Via de oxidação da glicose responsável pela produção de intermediários biossintéticos importantes para as células

27 Funções Produção de NADPH, que pode ser utilizado como fonte de poder redutor nas reações biossintéticas (ácidos graxos) e na proteção contra derivados de oxigênio reativos. Produção da ribose-5-fosfato, precursor da ribose e da desoxirribose (síntese de ácidos nucleicos) Produção de eritrose-4-fosfato, que participa, juntamente com o fosfoenolpiruvato (PEP), da síntese de aminoácidos aromáticos (fenilalanina, triptofano e tirosina) e dos precursores da lignina, flavonóides e fitoalexinas Geração de intermediários do ciclo de Calvin (fotossíntese) que podem ser utilizados em folhas jovens, que não são completamente autotróficas (ribulose-5-P, ribose-5-P, eritrose-4-P, dentre outros).

28 Via pentoses fosfato possuem Dois conjuntos de reações
Interligada a outras vias metabólicas Reações oxidativas que formam NADPH (usado nas reações de síntese – anabolismo) e Ribose (sintese de ácidos nucleicos) A primeira e a terceira reação por possuírem um ∆G grande e negativo são consideradas reações irreversíveis dentro da célula Ácidos nucleicos (DNA e RNA) Reações não oxidativas (rearranjos da cadeia carbônica) que formam intermediários da via glicolítica - Permitem que as reações oxidativas sejam contínuas O fluxo da glicose 6-P depende da necessidade de NADPH, ribose 5-P e ATP 

29 Reações oxidativas Produção de ribose 5-P – açúcar usado na síntese de ácidos nucleicos - importantes em tecidos em crescimento, em regeneração e em tumores . Produção de NADPH – importante em tecidos onde se tem grande síntese de ácidos graxos e esteróis Animal – glândulas mamárias, córtex adrenal, tecido adiposo e fígado Vegetais – produção de sementes oleaginosas Necessidade de NADPH > ribose 5-P, a via oxida a glicose 6-P e o esqueleto carbônico volta para a via glicolítica.

30 5C 7C 3C 6C 4C 6C 3C

31 Destino dos açúcares formados na Via das Pentoses Fosfato em plantas
Interação entre vias Glicólise Síntese de ácidos nucléicos Síntese de metabólitos secundários e aminoácidos

32 Regulação da Via das pentoses fosfato
O destino da Glicose 6-P é determinado pelas necessidades (concentrações) de NADP/NADPH Glicose 6 fosfato desidrogenase é alostérica Célula usando NADPH em reduções biossintéticas NADP ↑NADPH↓ → estimulo alostérico da G6PD (aumentando o fluxo de glicose-6-fosfato para a via das pentoses-fosfato) Uso menor NADPH NADP↓ NADPH ↑ → inibição alostérica da G6PD (glicose-6-fosfato é usada para alimentar a glicólise)

33 Deficiência na Glicose 6P desidrogenase – diminuição da proteção da células humanas contra formas reativas de Oxigênio NADPH reduz a glutationa que impede a formação e atuação dos radicais livres de oxigênio pela transformação da água oxigenada em água. Deficiência da G6PD existem em muitas pessoas de forma assintomática, mas que pode se manifestar sob certas condições (aumento formação peróxidos) – intoxicação por herbicidas (falência do sistema protetor)

34 Paraquat (dicloreto de 1,1’-dimetil-4,4’-bipiridilo)
Herbicida de contato, não seletivo, amplamente utilizado em mais de cem países em culturas de fumo, algodão, arroz, café, cana-de-açúcar, feijão, maçã, soja e uva, etc. Nomes comerciais: Paraquat Crisquat Dexuron Esgram Gramuron Ortho Paraquat CL Para-col Pillarxone Tota-col Toxer Total PP148 Cyclone Gramixel Gramoxone 200 Este agroquímico é uma molécula aceptora de elétrons, que em plantas expostas a luz leva a sérios prejuízos fisiológicos, com depleção de NADPH e inibição da fixação de CO2, com consequente produção de superóxidos, os quais promovem a destruição de membranas

35 No Brasil, cerca de 60% do manejo da substância é empregada na dessecação pré-colheita, visando garantir mais eficiência na colheita de lavouras.  Em culturas alimentares (grãos de cereais) seu uso como dessecante pré-colheita pode ser particularmente problemático. Quando usado desta forma, níveis de até 0,2 mg / kg de matéria vegetal foram relatados, mas a dose diária aceitável é de 0,004 mg / kg / dia. A persistência do Paraquat no solo é grande. Metade do produto só vai degradar depois de um ano e se o solo ficar sem uso

36 O que o Paraquat faz aos animais?
Apesar de ter sido desenvolvido no Reino Unido, desde 2007 o uso do Paraquat não é permitido no continente europeu. A China, maior produtor mundial do princípio ativo, vetou a comercialização do herbicida partir de 1º de julho de 2015.  No Brasil, em 2017, o produto foi proibido depois de ser classificado pela Anvisa como sendo muito tóxico e o relacionado à doença de Parkinson, doenças neurológicas, distúrbios endócrinos e câncer. Depois de ter sido suspensa a comercialização do herbicida Paraquat, a Agência Nacional de Vigilância Sanitária (Anvisa) teve que voltar atrás (pressão) e permitir o produto no Brasil até No entanto, a comercialização do herbicida a partir de 2018 é feita de forma controlada, com o registro do produto em um sistema de informação e a assinatura de um termo de responsabilidade e risco pelo agricultor.  As vendas controladas funcionam como um período de transição para o banimento total da comercialização do produto em todo o território nacional, que acontecerá em dois anos.  O que o Paraquat faz aos animais?

37 Como o Paraquat exerce sua toxicidade nos animais?
Aerobiose – pulmão (reoxidação e produção radicais de oxigênio) Altas doses suprime SOD (forma radicais de oxigênio) Altamente tóxico por inalação Causa síndrome de transtorno respiratório e morte Ainda não há antídotos contra o Paraquat Ação tóxica pulmões , fígado e rim