Metabo lismo

Departamento de Solos e Recursos Naturais. Centro de Ciências Agroveterinárias Campus Lages – www.cav.udesc.br

O que é Me tabo lismo ? ? ? Soma de todas as transformações químicas que

ocorrem em uma célula ou em um organismo vivo

Atividade celular altamente coordenada, na qual diversos sistemas multi enzimáticos (vias metabólicas) atuam sinergicamente

Transformação de um precursor em produto, através de pequenas e específicas alterações químicas

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Pra que se rve e ssa jo ça ? ? ?Principais funções/objetivos do

metabolismo Converter as moléculas dos nutrientes em moléculas

características da própria célula; Polimerizar precursores monoméricos; Sintetizar e degradar as biomoléculas necessárias em

funções celulares especializadas Obter energia química pela degradação de nutrientes;

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MECANISMO4

C – C – C - C

C C CC

PRECURSOR

PRODUTO

C - CC - C

INTERMEDIÁRIOS

Transformação de um precursor em produto, através de pequenas e específicas alterações químicas

METABOLITOS SECUNDÁRIOS

METABOLISMO5

Catabolismo AnabolismoProcesso de degradação de

moléculas

+ >>>>> -

Processo de síntese de moléculas- >>>>> +

Pode liberar energia Consome energia

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Vias metabólicas Podem ser lineares, ramificadas ou mesmo

cíclicas Vias metabólicas alternativas

As enzimas são altamente específicas

Controladas Pela concentração substrato/enzima Energia da reação Sinalização Intra celular (alostérica) Sinalização Extra celular (hormônios)

7

BIOENERGÉTICA 8

O que é e ne rg ia ? ? ?

Passagem do elétron de um estado de maior energia (mais agitado e fora de sua órbita típica) para um estado de menos energia

9

PILHA10

EnergiaConsequência de um processo de

OXIDAÇÃO – REDUÇÃOPERDA – GANHO ELÉTRONS

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RESPIRAÇÃO CELULAR

Processo de trocas gasosas com o ambiente, inspira Oxigênio e Libera CO2

VENTILAÇÃO

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Processo de obtenção de energia pela degradação de compostos orgânicos

GLICOSE + OXIGÊNIO =

GAS CARBÔNICO + ÁGUA + ENERGIA

Eletronegatividade=capacidade de atrair elétrons

13

14

15

Como utiliza-se essa energia ?? A energia da quebra da glicose é capturada

por moléculas específicas, a principal delas é o ATP

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ATP

Intermediário químico que une os processos celulares liberadores de energia com aqueles que consomem energia. Na célula, seu papel á análogo àquele do dinheiro na economia: ele é “produzido/ganho” nas reações exergônicas e “consumido/gasto” naquelas endergônicas.

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Como funciona o ATP

ADENINA + RIBOSE + 3 FOSFATOS As ligações entre os fosfatos são altamente

energéticas Resultado da interação entre as cargas dos

oxigênios

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ATP em condições celulares tem um “Complexo Mg2+” Isolar parcialmente as cargas dos oxigênios

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A hidrólise de ATP à ADP libera energia

hidrólise SIMPLES ASSIM

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Transportadores de elétrons

NAD+ + H:- (íon hidreto) → NADH

NADP+ + H:- (íon hidreto) → NADPH

FAD + H (átomo de hidrogênio) → FADH + H → FMNH2

FMN + H (átomo de hidrogênio) → FMNH + H → FMNH2

No NADP+ este grupo OH está esterificado com fosfato

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Transportadores de elétrons

Forma oxidada Forma reduzida

NAD+ NADH

NADP+ NADPH

FAD FADH2

FMN FMNH2

24

Metabolismo de carboidratos

GLICÓLISE OU VIA GLICOLÍTICA

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Carboidratos Fonte de energia prioritária Principais carboidratos: Amido e Glicogênio Digestão inicia na boca (amilase salivar) e no

intestino (amilase pancreática) Glicose “livre” Glicogênio ou amido

26

27

Importância da glicose

A glicose ocupa uma posição central no metabolismo de plantas, animais e muitos microrganismos. As células a usam como fonte de energia e intermediário metabólico.

glicose

GLICOGÊNIO, AMIDO, SACAROSE

armazenamento

oxidação via glicólise

PIRUVATO

PAREDE CELULAR

Síntese de polissacarídeos estruturais

oxidação via pentoses fosfato

RIBOSE 5-FOSFATO

PS: Ela acontece no citosol

A Tal das malditas Fases Via Glicolítica

Parte 0 – O início

Quebra do glicogênio e do amido pela hexoquinase

Extremidade não-redutora

Hexoquinase

Parte 1 – A captura

Inserção do fosfato para provocar uma mudança de cargas na glicose e impedir que ela saia do citosol

Informações úteis, em inglês O_O

Precursor

Enzima e co fatores

Produtos

Parte 2 – A contorção

Promover um rearranjo estrutural que facilite o trabalho das próximas enzimas

Parte 3 – O Investimento

Aumentar a quantidade de energia da estrutura

Ponto de controle

Parte 4 – A Clivagem

Diminuir o tamanho da estrutura pra abrir novas possibilidades

Parte 5 – Ajeitando os produtos

Padronização dos produtos

Parte 6 – O Truque

Oxidação e inserção de um Pi (fosfato inorgânico) por um baixo preço

Redução de NAD Liberar H20

Parte 7 – A Quitação

Como foi produzido o ATP da Glicólise ?

Fosforilação a nível do substrato: inserção do grupo fosfato através de ação de enzimas solúveis e com intermediários químicos

Fosforilação Oxidativa: inserção de grupos de fosfato através da influência de um gradiente elétrico

Parte 8 – O Truque II

Movimentação do fosfato para um local de melhores possibilidades

Parte 9 – Truque III

Saída de água e produção de uma ligação de alta energia

Parte 10 – O Lucro

Saída do segundo ATP

No fim da joça Glicolítica, o que temos?

Glicose+2ATP+2NAD+4ADP+2Pi =

2Piruvato+2ADP+2NADH+2H+4ATP+2H20

42

Glicólise Fase preparatória

43

Glicólise Fase de pagamento

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Destinos do piruvato

Com poucas exceções, o piruvato formado na glicólise segue um dos três possíveis destinos mostrados abaixo:

Glicólise (10 reações)

Condições hipóxicas ou anaeróbicas

Condições hipóxicas ou anaeróbicas

Fermentação a etanol em leveduras

Fermentação a lactato em contração muscular vigorosa, eritócitos, algumas outras células e alguns tipos de microrganismos

Animais, plantas, e muitas células microbianas em condições aeróbicas

Condições aeróbicas

Regulação Regulação alostérica: inibidores ou ativadores

alostéricos são substâncias que se ligam à enzima reversivermente mudando sua forma e consequentemente aumentando ou diminuindo a velocidade da via (efetores positivos ou negativos).

Regulação da glicólise Hexoquinase: inibição alostérica por glicose-6-fosfato Fosfofrutoquinase:

inibidores alostéricos: ATP, citrato ativadores alostéricos: ADP, AMP, Pi, frutose-2,6-bifosfato

Piruvato quinase: inibição alostérica por ATP e NADH

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Outros carboidratos na glicólise Frutose, manose e galactose podem entrar na via glicolítica após conversão em derivados fosforilados

Revisão Via Glicolítica

Revisão

Fase 1 – A Captura Inserir Fosfato

Fase 2 – A contorção Mudança de estrutura

Fase 3 – Energização Inserir Fosfato

Fase 4 – A Clivagem Formação de dois

compostos diferentes e mais simples

Fase 5 – Igualando os dois compostos

Revisão Fase 6 – O Macete

Inserir Pi a baixo custo Reduzir NAD Liberar H20

Fase 7 –A quitação Liberação de ATP

Fase 8 – O Truque Movimento do P

Fase 9 – O Truque 2 Saída de água

Fase 10 – O lucro Liberação de um segundo ATP

CICLO DO CITRATOCICLO DO AC.CÍTRICO

CICLO DE KREBS

Algumas importâncias

Via central do metabolismo celular Principal meio de produção de energia Principal meio de quebra de lipídios,

aminoácidos e outros compostos Anfibólica = Catabolismo + Anabolismo

PREPARAÇÃO PARA O TAL DO FAMOSO CICLO DO CITRATO

CICLO DO AC.CÍTRICOCICLO DE KREBS

PREPARAÇÃO ouDescarboxilação Oxidativa

Ocorre em um complexo enzimático: Complexo Piruvato Desidrogenase

São necessários vários co-fatores Vitaminas essenciais:

Tiamina (Vitamina B1) Riboflavina (Vitamina B2) Niacina (Vitamina B3) Pantoneato (Vitamina B5)

COENZIMA A

O TAL DO BENDITO

CICLO DO KREBSCICLO AC.CÍTRICOCICLO DO CITRATO

3

2

1

4

5

6

7

8

1

1

ETAPA 1 – FUSÃO Rá(-H20 +CoA)

Condensação

2a

Dehydration

2b

Hydration

21

ETAPA 2 – Contorção-H20

Desidratação

Hidratação

3

Oxidativedecarboxylation

NADH

NAD+

3

21

ETAPA 3 – QUEBRANDO TUDO I(+NADh +CO2)

DescarboxilaçãoOxidativa

3

21

4

4

Oxidativedecarboxylation

NADH

NAD+

ETAPA 4 – Quebrando tudo (-CoA +CO2)

DescarboxilaçãoOxidativa

3

21

4

5

5

Substrate-levelphosphorylation

ETAPA 5 – Lucro +CoA + GTP

Fosforilação no nível do substrato

6

Dehydrogenation

3

21

4

56

FAD

ETAPA 6 – Fadiando (+FADH2) Desidrogenação

7

Hydration

3

21

4

56

7

ETAPA 7 – Truque (-H20)

Hidratação

8

Dehydrogenation

NADH

NAD+

3

21

4

56

7

8

ETAPA 8 – Todo carnaval tem seu fim (+NADh)

Desidrogenação

A

Acetyl CoA

Citrate

IsocitrateCO2

NADNAD++

3 NADH3 NADHα-Ketoglutarate

Succinyl CoA

CO2

NAD+

ADP + Pi(GDP + Pi)

GTPGTP(ATP)(ATP)

CoASuccinate

FADHFADH22

Fumarate

Malate

FADFAD

NAD+

Oxaloacetate

Dois átomos de CEntram no ciclo

4 Carreadores de

eletrons são

“carregados”

Fosf

oril a

ção

a ní

vel d

o su

bstr a

to.

Duas moléculas

de CO2 são

liberadas

“Continha” do Ciclo de Krebs

Acetil-CoA + oxaloacetato + 3 NAD+ + GDP + Pi +FAD

=

oxaloacetato + 2 CO2 + FADH2 + 3 NADH + 3 H+ + GTP

RESPIRAÇÃO CELULAR

O Processo de RESPIRAÇÃO CELULAR tem como objetivo principal a PRODUÇÃO DE ENERGIA Entretanto serve como FONTE DE

COMPOSTOS SECUNDÁRIOS utilizados em outros pontos do metabolismo

GLICÓLISE

Primeira etapa da OXIDAÇÃO DA GLICÓSE 10 etapas

GLICÓLISE

O que essa JOÇA UTILIZA e o que ela(A JOÇA) PRODUZ ?

RESPIRAÇÃO CELULAR

Acontece EM AEROBIOSE OXIGÊNIO tem como FUNÇÃO PRINCIPAL ser

o ULTIMO ASSIMILADOR/CAPTADOR DE ELETRONS durante a CADEIA TRANSPORTADORA DE ELETRONS

FERMENTAÇÃO

Do latin “Fermentare” que significa ferver

O estudo detalhado (ciência) da fermentação se chama ZIMOLOGIA

FERMENTAÇÃO

Para vários grupos de bactérias/fungos/protozoários em geral: Um meio clássico de obtenção de energia Visto que na atmosfera primitiva NÃO HAVIA

OXIGÊNIO SUFICIENTE para a oxidação completa da glicóse

Para o resto: Uma estratégia de emergência importante para sobrevivência

FERMENTAÇÃO

Qual a utilidade dessa JOÇA II (fermentação) ??? Basicamente, OXIDAR O NADH PARA NAD+

NAD+: FUNDAMENTAL para a manutenção da GLICÓLISE

FERMENTAÇÃO

Alcólica Acética Láctica Cetonica

Tudo depende de qual organismo esta efetuando a fermentação

FERMENTAÇÃO – LÁCTICA

Quando os tecidos ANIMAIS não são supridos com OXIGÊNIO suficiente para a oxidação do piruvato

Consiste na REDUÇÃO DO PIRUVATO em ÁCIDO LÁCTICO através da ação da LACTATO DESIDROGENASE

FERMENTAÇÃO - LÁCTICA

Não ocorre somente nos tecidos em HIPOXIA Principal produção nos Eritrócitos

O lactato é reciclado no fígado e transformado novamente glicose (Ciclo de Cori)

Resulta na acidificação do meio Quanto mais íons de H+ e mais moléculas de

Ac.Láctico Resulta, principalmente, em uma alteração na

manutenção das taxas de Ca e Mg Hiperexcitação dos nervos que estimulam os

músculos

FERMENTAÇÃO - LÁCTICA - Atividade física vigorosa (câimbra pode ocorrer durante ou após o esforço

físico).- Desidratação (importante causa em idosos e em quem usa diuréticos).- Alterações hidreletrolíticas, principalmente depleção de cálcio e magnésio.- Gravidez (normalmente a câimbra é secundária a níveis baixos de magnésio).- Fratura óssea (como autoproteção, os músculos ao redor da lesão se contraem involuntariamente).- Alterações metabólicas como diabetes, hipotireoidismo, alcoolismo e hipoglicemia.- Doenças neurológicas com Parkinson, doenças do neurônio motor ou doenças primárias dos músculos (miopatias).- Insuficiência venosa e varizes nas pernas - Longos períodos de inatividade (ficar sentado em posição inadequada, por exemplo).- Alterações estruturais, como pé chato e o g e nu re c urva tum  (hiperextensão do joelho).- Hemodiálise. - Cirrose hepática.- Deficiência de vitamina B1, B5 e B6- Anemia

FERMENTAÇÃO – LÁCTICA

Ocorre também em microorganismos Fermentação do leite para produção de

derivados A dissociação do Ac.Láctico em Lactato e H+

abaixa o pH O pH baixo desnatura as proteínas do leite, que

correspondem a +-3,5% (caseína, lactoalbumina) A proteínas desnaturadas precipitam \o/

O produto depende do microorganismo utilizado Lactobacilos

FERMENTAÇÃO - ALCÓLICA

Conversão do piruvato em etanol e CO2

Primeiro passo: Descarboxilação Irreversível do Piruvato (Requer Mg e * Tiamina Pirofosfato)

Segundo passo: Redução do Acetoaldeído em Etanol e Oxidação do NADH

*Alcool Desidrogenase

FERMENTAÇÃO - ALCÓOLICA Principal microorganismo que faz

FERMENTAÇÃO ALCÓLICA: LEVEDURAS (Sa c cha ro m yc e s c e re v is ia e )

ANAERÓBICO FACULTATIVO Amplo uso comercial:

Bebidas Padaria Combustível

FERMENTAÇÃO - ALCÓOLICAO processo de fermentação depende diretamente do substrato:

a) Diretamente Fermentescíveis

Glicose: polpa de frutas, amiláceos e celulósicos hidrolisados (1g – 0,551g)•Frutose: polpa de frutas, polímeros hidrolisados de frutose•Sacarose: cana de açúcar, beterraba, colmo de sorgo sacarino (1g – 0,538g)

FERMENTAÇÃO - ALCÓLICA

b) Indiretamente Fermentescíveis Amiláceas : milho, mandioca, batata doce,

grãos de cereais, mesocarpo do babaçu, batata inglesa, tubérculos em geral.

Lignocelulósicas (celulose e hemicelulose): madeira, bagaço de cana, resíduos agrícolas.

Tratamento prévio: hidrólise química ou enzimática do polissacarídeo, gerando açúcares menores, tais como o monossacarídeo glicose. Este processo aumenta o custo de produção do etanol a partir destas matérias primas

FERMENTAÇÃO – ALCÓOLICA

Fases Descrição

Inicial Momento de contato da levedura com o açúcar.

Intermediária As leveduras começam a se alimentar do açúcar e eliminar etanol e CO2 ocasionando sua multiplicação.

Tumultuosa Em decorrência da grande quantidade de CO2 liberado,tem-se a impressão que a mistura está fervendo.

Final Quando a quantidade de álcool atinge 15% do volume total, a levedura morre intoxicada com o álcool e, consequentemente cessa a produção de etanol.

FERMENTAÇÃO – OUTROS

Clo ris tid ium a c e to butyric um – fermenta Amido em butanol e acetona