Célula e metabolismo

Célula e metabolismoCélula e metabolismo A célula é a unidade base de todos os seres A célula é a unidade base de todos os seres

vivos.vivos. Existem diferentes tipos de células, com Existem diferentes tipos de células, com

diversos níveis de organização - eucarióticas e diversos níveis de organização - eucarióticas e procarióticas; de entre as eucarióticas podemos procarióticas; de entre as eucarióticas podemos distinguir entre células animais e células distinguir entre células animais e células vegetais.vegetais.

As células podem apresentar especializações As células podem apresentar especializações funcionais, mas em todas elas ocorrem funcionais, mas em todas elas ocorrem processos metabólicos (obtenção e consumo de processos metabólicos (obtenção e consumo de energia) e transcrição da informação que energia) e transcrição da informação que permite executar essas funções.permite executar essas funções.

Célula e metabolismo (cont.)Célula e metabolismo (cont.)

Célula e metabolismo (cont.)Célula e metabolismo (cont.)

O nível de complexidade das O nível de complexidade das células procarióticascélulas procarióticas é é mínimo, sem organelos individualizados e envolvidos por mínimo, sem organelos individualizados e envolvidos por membranas. O seu material genético (ADN) não está membranas. O seu material genético (ADN) não está contido num núcleo com membrana envolvente. Estas contido num núcleo com membrana envolvente. Estas células incluem as bactérias e cianobactérias, situando-células incluem as bactérias e cianobactérias, situando-se numa posição inferior em termos de escala evolutiva.se numa posição inferior em termos de escala evolutiva.

As As células eucarióticascélulas eucarióticas possuem um elevado nível de possuem um elevado nível de organização, apresentando uma série de organelos organização, apresentando uma série de organelos individualizados, envolvidos por membranas. A estrutura individualizados, envolvidos por membranas. A estrutura especializada no processo de respiração celular especializada no processo de respiração celular (obtenção de energia) é a mitocôndria. Na célula vegetal (obtenção de energia) é a mitocôndria. Na célula vegetal é no cloroplasto que ocorre o processo de fotossíntese. O é no cloroplasto que ocorre o processo de fotossíntese. O material genético encontra-se organizado em material genético encontra-se organizado em cromossomas contidos no núcleo.cromossomas contidos no núcleo.

BioenergéticaBioenergética

A bioenergética é o estudo dos processos para A bioenergética é o estudo dos processos para a obtenção, armazenamento e utilização da a obtenção, armazenamento e utilização da energia nos seres vivos.energia nos seres vivos.

Os organismos autotróficos ou produtores Os organismos autotróficos ou produtores (plantas) geram a energia de que necessitam (plantas) geram a energia de que necessitam através da captação da energia solar e do COatravés da captação da energia solar e do CO22 atmosférico, convertendo-o em glucose atmosférico, convertendo-o em glucose (fotossíntese).(fotossíntese).

Os organismos heterotróficos ou consumidores Os organismos heterotróficos ou consumidores obtêm a sua energia através da ingestão de obtêm a sua energia através da ingestão de outros seres vivos, animais e plantas.outros seres vivos, animais e plantas.

Bioenergética – conceitos de termodinâmicaBioenergética – conceitos de termodinâmica

Energia livre de Gibbs (G)Energia livre de Gibbs (G)

O estudo da variação deste parâmetro no O estudo da variação deste parâmetro no decorrer de um processo químico permite-nos decorrer de um processo químico permite-nos avaliar a forma como decorre esse processo. A avaliar a forma como decorre esse processo. A variação desta grandeza é dada por:variação desta grandeza é dada por:

ΔΔG = G = ΔΔH - T H - T ΔΔSS

ΔΔG – variação da energia livreG – variação da energia livre

ΔΔH – Variação da entalpia/calor da reacçãoH – Variação da entalpia/calor da reacção

T – Temperatura a que decorre o processoT – Temperatura a que decorre o processo

ΔΔS – Variação da entropia da reacçãoS – Variação da entropia da reacção

Bioenergética – conceitos de termodinâmica (cont.)Bioenergética – conceitos de termodinâmica (cont.)

A partir do valor de A partir do valor de ΔΔGG de uma dada de uma dada reacção podemos reacção podemos prever o que ocorrerá prever o que ocorrerá num determinado processo químico.num determinado processo químico.

A BA B

ΔΔG < 0 – G < 0 – Reacção espontânea (formação Reacção espontânea (formação de B) – exergónica (liberta energia).de B) – exergónica (liberta energia).

ΔΔG > 0 – G > 0 – Reacção não espontânea Reacção não espontânea (formação de A) – endergónica (absorve (formação de A) – endergónica (absorve energia).energia).


É possível relacionar É possível relacionar ΔΔGG com o equilíbrio de com o equilíbrio de uma reacção. Essa relação pode ser expressa uma reacção. Essa relação pode ser expressa por:por:

ΔΔG = G = ΔΔGGº + º + RT ln ([B]/[A])RT ln ([B]/[A])Como no equilíbrio Como no equilíbrio ΔΔGG = 0 = 0

ΔΔGº = -RT ln KGº = -RT ln Keqeq

ΔΔGº -Variação de energia livre padrãoGº -Variação de energia livre padrãoR – Constante universal dos gases R – Constante universal dos gases (8,314 J K(8,314 J K-1-1 mol mol-1-1))

T – TemperaturaT – TemperaturaKKeqeq – Constante de equilíbrio da reacção – Constante de equilíbrio da reacção

(Energia Livre pq. está disponível)(Energia Livre pq. está disponível)


Relação entre Relação entre ΔΔGºGº e e KKeq:eq:

KKeqeq >1 >1 ΔΔGº < Gº < 0 (eq. deslocado para a direita; 0 (eq. deslocado para a direita; predominam produtos).predominam produtos).

KKeq eq ==1 1 ΔΔGºGº = 0 (reacção está em equilíbrio, na = 0 (reacção está em equilíbrio, na condições padrão)condições padrão)

KKeqeq <1 <1 ΔΔGºGº > 0 (eq. deslocado para a esquerda; > 0 (eq. deslocado para a esquerda; Predominam os reagentes).Predominam os reagentes).

Condições padrão (º) –Condições padrão (º) – p=1 atm; T = 25ºC (298 K) p=1 atm; T = 25ºC (298 K)

Metabolismo e fluxo energéticoMetabolismo e fluxo energético

Metabolismo e fluxo energético (cont.)Metabolismo e fluxo energético (cont.)

Metabolismo = Catabolismo + AnabolismoMetabolismo = Catabolismo + Anabolismo Catabolismo = Processo degradativos (produção de energia)Catabolismo = Processo degradativos (produção de energia)

Anabolismo = Biossíntese (utilização de energia)Anabolismo = Biossíntese (utilização de energia)


Relação energética entre catabolismo e

anabolismo


Anabolismo


A energia é obtida pelos organismos A energia é obtida pelos organismos heterotróficos por meio da degradação de heterotróficos por meio da degradação de substratos energéticos (H.C., lípidos, proteínas).substratos energéticos (H.C., lípidos, proteínas).

A energia libertada na decomposição destes A energia libertada na decomposição destes substratos não fica livre nas células; é substratos não fica livre nas células; é transferida para moléculas específicas que transferida para moléculas específicas que fazem o armazenamento dessa energia. Entre fazem o armazenamento dessa energia. Entre estas encontra-se, entre outras, o ATP estas encontra-se, entre outras, o ATP (Adenosina Tri Fosfato). A energia assim (Adenosina Tri Fosfato). A energia assim armazenada é libertada quando a célula dela armazenada é libertada quando a célula dela necessita para executar os seus processos necessita para executar os seus processos anabólicos.anabólicos.


O ATP funciona como um “crédito de energia” O ATP funciona como um “crédito de energia” da célula. A sua hidrólise permite a libertação e da célula. A sua hidrólise permite a libertação e disponibilização dessa energia.disponibilização dessa energia.

ATP ATP ADP + P ADP + Pii

As As reacções catabólicasreacções catabólicas diz-se que são diz-se que são convergentesconvergentes (moléculas complexas (moléculas complexas moléculas simples).moléculas simples).

Reacções anabólicasReacções anabólicas são são divergentesdivergentes (moléculas simples (moléculas simples moléculas complexas). moléculas complexas).

Processos bioenergéticosProcessos bioenergéticos

A glicose é o principal substrato A glicose é o principal substrato energético para TODOS os seres vivos, energético para TODOS os seres vivos, pelo que os processos energéticos estão pelo que os processos energéticos estão intimamente relacionados com este H.C. intimamente relacionados com este H.C.

A sua oxidação é um processo energéticoA sua oxidação é um processo energéticoCC66HH1212OO66 + O + O22 6CO 6CO22 + 6H + 6H22O + EnergiaO + Energia

Outros açúcares constituem igualmente Outros açúcares constituem igualmente boas fontes de energia, assim como as boas fontes de energia, assim como as gorduras.gorduras.

Processos bioenergéticos (cont.)Processos bioenergéticos (cont.) Os processos bioenergéticos são catalizados Os processos bioenergéticos são catalizados

por enzimas específicas. por enzimas específicas. A maior parte dos A maior parte dos processos biológicos não ocorreria sem processos biológicos não ocorreria sem enzimasenzimas

H.C., lípidos e proteínas são boas fontes H.C., lípidos e proteínas são boas fontes energéticas pois os grupos carbonados podem energéticas pois os grupos carbonados podem sofrer oxidação. Os iões hidreto (Hsofrer oxidação. Os iões hidreto (H--) libertados ) libertados têm , para que o processo ocorra, que ser têm , para que o processo ocorra, que ser captados por uma espécie que se reduz captados por uma espécie que se reduz (processo (processo REDOXREDOX). Esta espécie é o NAD+ ). Esta espécie é o NAD+ (Nicotinamida Adenina Dinucleótido). Este (Nicotinamida Adenina Dinucleótido). Este processo é vital na transferência de energia na processo é vital na transferência de energia na célula e é conhecido como célula e é conhecido como transdução de transdução de energiaenergia, sendo a , sendo a fosforilação oxidativafosforilação oxidativa um um destes processos.destes processos.

Processos bioenergéticos (cont.)Processos bioenergéticos (cont.)

Processos bioenergéticos (cont.)Processos bioenergéticos (cont.) Outros transportadores de electrõres em processos Outros transportadores de electrõres em processos

oxidativos:oxidativos:FADFAD+ + (Flavina Adenina Dinucleótido) e NADP(Flavina Adenina Dinucleótido) e NADP+ + (Fosfo (Fosfo Nicotinamida Adenina Dinucleótido).Nicotinamida Adenina Dinucleótido).

FAD+

NADP+


A degradação da glucose envolve a quebra da A degradação da glucose envolve a quebra da molécula de 6 carbonos em duas unidades de 3 molécula de 6 carbonos em duas unidades de 3 carbonos. Este processo ocorre no citoplasma carbonos. Este processo ocorre no citoplasma da célula e denomina-se da célula e denomina-se GLICÓLISEGLICÓLISE (ou Via de (ou Via de Ebden-Meyerhof).Ebden-Meyerhof).

Em condições aeróbias (na presença de OEm condições aeróbias (na presença de O22) ) forma-se o piruvato, seguindo o processo para o forma-se o piruvato, seguindo o processo para o Ciclo de Krebs (ou Ciclo dos Ácidos Ciclo de Krebs (ou Ciclo dos Ácidos TriCarboxílicos – TCA ou Ciclo do Citrato).TriCarboxílicos – TCA ou Ciclo do Citrato).


Possíveis destinos da glucose:Possíveis destinos da glucose:Respiração aeróbiaRespiração aeróbiaRespiração anaeróbia (fermentação) – Respiração anaeróbia (fermentação) –

produz lactato (ou etanol no caso das produz lactato (ou etanol no caso das leveduras) + COleveduras) + CO22

Síntese de glicogénio ou amido Síntese de glicogénio ou amido (armazenamento de glucose em animais (armazenamento de glucose em animais e plantas, respectivamente)e plantas, respectivamente)

Síntese de ácidos gordosSíntese de ácidos gordos

Processos bioenergéticos (cont.)Processos bioenergéticos (cont.)Glicólise


A glicólise é uma sequência de 11 A glicólise é uma sequência de 11 reacções catalizadas enzimaticamente, reacções catalizadas enzimaticamente, que se pode dividir em duas fases:que se pode dividir em duas fases:

1.1. Até à formação de 2 moléculas de Até à formação de 2 moléculas de gliceraldeído-3-fosfato com consumo gliceraldeído-3-fosfato com consumo energético de 2 ATP’s.energético de 2 ATP’s.

2.2. Na segunda fase há produção de 4 ATP’s.Na segunda fase há produção de 4 ATP’s.

O balanço energético é assim positivo (2 ATP’s).O balanço energético é assim positivo (2 ATP’s).


A glicólise, após a formação de piruvato, A glicólise, após a formação de piruvato, prossegue por duas vias dependentes prossegue por duas vias dependentes da presença de Oda presença de O22::

Na ausência de ONa ausência de O 22:: Fermentação láctica Fermentação láctica (células musculares) ou alcoólica (células musculares) ou alcoólica (leveduras) – Processos anaeróbios;(leveduras) – Processos anaeróbios;

Na presença de ONa presença de O 22:: O processo prossegue O processo prossegue para o Ciclo de Krebs – Processo aeróbio.para o Ciclo de Krebs – Processo aeróbio.


A fermentação, embora com menor rendimento A fermentação, embora com menor rendimento energético, permite à célula um aporte de energético, permite à célula um aporte de energia mais rápido do que o que ocorre no energia mais rápido do que o que ocorre no Ciclo de Krebs. É inibida pela presença de OCiclo de Krebs. É inibida pela presença de O22. . Em condições aeróbias o consumo de glicose Em condições aeróbias o consumo de glicose diminui, embora se produza mais ATP (C.K. diminui, embora se produza mais ATP (C.K. mais eficiente).mais eficiente).

A glicólise é inibida pela produção de ATP A glicólise é inibida pela produção de ATP (energia). Simultaneamente é favorecida a (energia). Simultaneamente é favorecida a gluconeogénese e a síntese de glicogénio.gluconeogénese e a síntese de glicogénio.


O BPG formado é usado na O BPG formado é usado na regulação da libertação de regulação da libertação de OO22 nos tecidos pela Hb nos tecidos pela Hb

Processos bioenergéticos (cont.)Processos bioenergéticos (cont.) Quando há uma queda dos níveis de glucose no Quando há uma queda dos níveis de glucose no

organismo ou quando as necessidades organismo ou quando as necessidades energéticas imediatas diminuem, é activada energéticas imediatas diminuem, é activada uma via de síntese deste composto, a partir do uma via de síntese deste composto, a partir do piruvato, glicerol e outros percursores – a piruvato, glicerol e outros percursores – a GLUCONEOGÉNESEGLUCONEOGÉNESE. .

Ocorre nas mitocôndrias e no citoplasma das Ocorre nas mitocôndrias e no citoplasma das células hepáticas. células hepáticas.

Não é um processo verdadeiramente inverso da Não é um processo verdadeiramente inverso da glicólise, pois esta última inclui alguns passos glicólise, pois esta última inclui alguns passos não reversíveis. Utiliza, no entanto, substratos não reversíveis. Utiliza, no entanto, substratos comuns. comuns.


Gluconeogénese


Enzimas envolvidas na glicólise

Glicólise Glicólise vs.vs. Gluconeogénese Gluconeogénese A glicólise e a gluconeogénese exercem um A glicólise e a gluconeogénese exercem um

efeito de regulação mútua. As condições que efeito de regulação mútua. As condições que favorecem um processo inibem o outro. Os favorecem um processo inibem o outro. Os factores envolvidos são de natureza:factores envolvidos são de natureza:

Alostérica (concentração de glucose);Alostérica (concentração de glucose); Ligações covalentes que se estabelecem;Ligações covalentes que se estabelecem; Controlo enzimático;Controlo enzimático; Acção de hormonas.Acção de hormonas.

Se tal regulação não ocorresse os dois Se tal regulação não ocorresse os dois processos poderiam acontecer simultaneamente processos poderiam acontecer simultaneamente de forma descontrolada, sem benefício para o de forma descontrolada, sem benefício para o sistema e com um consumo energético sistema e com um consumo energético desnecessário e desfavorável.desnecessário e desfavorável.

Glicólise Glicólise vs.vs. Gluconeogénese (cont.) Gluconeogénese (cont.)

Glicólise – Necessidade de energia e disponibilidade de glucose.

Gluconeogénese – Necessidade de síntese de glucose para consumo energético ou síntese de glucose a partir do piruvato e de outros metabolitos em condições energéticas nas quais o organismo não necessita imediatamente de energia e que pode armazenar glucose (sob a forma de glicogénio).


O O CICLO DE CORICICLO DE CORI (estabelecido por Carl (estabelecido por Carl Cori e Gerty Cori) estabelece a relação Cori e Gerty Cori) estabelece a relação entre a gluconeogénese, no fígado, e a entre a gluconeogénese, no fígado, e a glicólise, nas células musculares.glicólise, nas células musculares.

Via das pentose fosfato Via das pentose fosfato

A via das pentose fosfato é um outro processo A via das pentose fosfato é um outro processo de metabolização da glucose. Ocorre no de metabolização da glucose. Ocorre no citoplasma e tem como objectivos principais:citoplasma e tem como objectivos principais:

1.1. Produzir partículas redutoras (NADPH) necessárias Produzir partículas redutoras (NADPH) necessárias para processos de síntese na célula;para processos de síntese na célula;

2.2. Fornecer à célula o composto Ribose-5-Fosfato Fornecer à célula o composto Ribose-5-Fosfato (R5P) necessário à síntese de ácidos nucleicos.(R5P) necessário à síntese de ácidos nucleicos.

Compreende uma fase oxidativa e uma fase Compreende uma fase oxidativa e uma fase não-oxidativa.não-oxidativa.

Via das pentose fosfato (cont.)Via das pentose fosfato (cont.)

GlicogenóliseGlicogenólise

Consiste na Consiste na mobilização do glicogéniomobilização do glicogénio para para utilização de glucose com vista à produção de utilização de glucose com vista à produção de energia para a célula. Este processo é activado energia para a célula. Este processo é activado quando a disponibilidade de glucose é quando a disponibilidade de glucose é reduzida ou quando o seu fornecimento é reduzida ou quando o seu fornecimento é insuficiente para as necessidades energéticas insuficiente para as necessidades energéticas imediatas da célula (exº. Esforço físico imediatas da célula (exº. Esforço físico intenso).intenso).

Não é um processo inverso da síntese de Não é um processo inverso da síntese de glicogénio.glicogénio.

É iniciado por estímulos hormonais:É iniciado por estímulos hormonais:1.1. Em hipoglicémia (glucagon). Este processo é Em hipoglicémia (glucagon). Este processo é

bloqueado pela insulina;bloqueado pela insulina;2.2. Estímulos externos despoletados em situações de Estímulos externos despoletados em situações de

grande actividade (adrenalina, epinefrina).grande actividade (adrenalina, epinefrina).

A mitocôndriaA mitocôndria

A A mitocôndriamitocôndria é um dos mais é um dos mais importantes organelos importantes organelos celulares, sendo determinante celulares, sendo determinante para a respiração celular. para a respiração celular. Processa oxigénio e glucose Processa oxigénio e glucose que converte em energia sob a que converte em energia sob a forma de forma de ATPATP, o qual fornece , o qual fornece à célula. Tendo como função a à célula. Tendo como função a produção e libertação de produção e libertação de energia, a mitocôndria está energia, a mitocôndria está presente em grande presente em grande quantidade nas células do quantidade nas células do sistema nervoso e do coração, sistema nervoso e do coração, uma vez que estas uma vez que estas apresentam uma maior apresentam uma maior necessidade energética. necessidade energética.

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