Metabolismo energético Prof. Luciene Rabelo. Metabolismo energético.
O QUE É O METABOLISMO - Unesp · 2019. 8. 7. · O QUE É O METABOLISMO ???? Uma atividade celular...
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O QUE É O METABOLISMO ????
Uma atividade celular altamente coordenada na
qual diversos sistemas multienzimáticos atuam
conjuntamente visando 4 objetivos:
Metabolismo é a somatória de todas as
transformações químicas de uma célula ou organismo
➢Obter transformar energia para exercer trabalho
➢Formar macromoléculas, se organizar e manter hierarquia celular
➢Sintetizar moléculas com funções específicas para cada célula
➢Sintetizar e degradar moléculas específicas no desenvolvimento da célula
1 – Obter energia química, seja por captação de energia
solar ou degradação de nutrientes ricos em energia obtidos
do meio ambiente
2 – Formar macromoléculas (proteínas, ácidos nucléicos,
polissacarídeos) a partir e precursores monoméricos, as
quais vão ter atividades específicas nas células.
3 – Converter as moléculas dos nutrientes em moléculas com
características próprias de cada célula
hemoglobina
clorofila
4 - Sintetizar e degradar biomoléculas necessárias para
determinadas funções celulares.
Ação hormonal na floração.
Ação hormonal na abscisão foliarAção hormonal no desenvolvimento e
crescimento vegetal.
Ação hormonal no amadurecimento das frutas.
O Metabolismo é toda a rede de reações químicas realizadas pelas
células vivas. Anabolismo e Catabolismo
Anabolismo
são as reações
responsáveis pela
síntese de todos os
compostos necessários
para a reprodução, o
crescimento e a
manutenção da célula.
Catabolismo são as
reações responsáveis
pela quebra de
macromoléculas para
liberação de energia e
moléculas menores.
Entre essas reações existe um fluxo de energia promovido por moléculas especificas
Reações Catabólicas (convergentes) Reações Anabólicas ( divergentes)
Reações anfibólicas - Elas estão envolvidas tanto
nas vias catabólicas como nas anabólicas.
O metabolismo é uma rede de reações coordenadas
O conjunto de reações metabólicas envolvidas no
processamento de moléculas específicas – via metabólica
linear cíclica espiral
Metabólitos (ou intermediários metabólicos) são moléculas que constituem as
vias metabólicas de degradação ou na biossíntese das biomoléculas.
Vias metabólicas são coordenadas e reguladas por diferentes mecanismos
Inibição por retroalimentação ocorre quando um produto de uma via controla avelocidade de sua própria síntese pela inibição de uma etapa inicial,geralmente a primeira etapa de compromisso da via.
Ativação por antecipação ocorre quando um metabólito produzido no iníciode uma via metabólica ativa uma enzima que catalisa uma reação queocorre mais abaixo na mesma via.
Enzimas reguladoras (alostéricas)Disponibilidade de substrato ou concentração de algum metabolito Ação de moléculas específicas (hormônios e fatores de crescimento)
Conjunto de vias
metabólicas foram
agrupadas em um
esquema onde se
pode ver as
sequencias de
reações e as
interações entre as
diversas vias que
ocorrem nas células
MAPA
METABÓLICO.
Cada composto é
denominado
metabolito (nome e
estrutura)
Cada reação tem
descrita enzimas e
cofatores
necessários
www.sigmaaldrich.com/technical-documents/articles/biology/interactive-metabolic-pathways-map.html
Como interpretar o Mapa Metabólico?
Bioquimica II
✓Vias de oxidação dos carboidratos (via glicolítica, ciclo
pentoses, processos fermentativos)
✓Vias de oxidação de ácidos graxos e aminoácidos
✓Produção de energia e precursores de outras moléculas
(ciclo ácido tricarboxílico e fosforilação oxidativa)
✓Fotossíntese
✓Ciclo do nitrogênio e Fixação Biológica do Nitrogênio (FBN)
Todas essas vias metabólicas estão relacionadas à manutenção das características e organização dos seres vivos
Estudo das transformações da energia que ocorrem na células vivas e dos processos
químicos envolvidos nessas transformações Bioenergética
Alguns conceitos precisam ser recordados....
Seres vivos são transdutores de energia –transformam energia química em outro tipo de
energia que seja necessária para manter suas características
A transformação biológica da energia
obedece as leis da Termodinâmica
Quais são as leis da
termodinâmica?
“Para qualquer mudança física ou química, a quantidade total de energia no universo permanece constante”
“A energia pode mudar de forma ou ser transportada mas não pode ser criada ou destruída”
Primeira lei da termodinâmica: Princípio da conservação da Energia
•Seres vivos usam energia para realização de trabalho
mecânico, químico, osmótico ou elétrico e para a manutenção
de sua organização, reprodução e interação com o meio
Primeira lei: princípio da conservação da Energia
Células vivas se comportam como transdutores
de energia – convertem energia química em
outro tipo necessário
“Em todos os processos naturais a grau
de desorganização do universo sempre
tende a aumentar”
Segunda Lei da termodinâmica: A desordem do universo sempre tende a aumentar
Organismos vivos preservam sua organização
interna retirando energia do ambiente e retornando
à sua vizinhança energia na forma calor, aumento
do número de moléculas
A desorganização do universo aumenta
CO2
H2O
calor
Glicose + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O
Energia livre de Gibbs (G)
expressa a quantidade de
energia capaz de realizar
trabalho durante uma reação à
temperatura e pressão
constantes.
Entalpia (H) é o conteúdo de
calor do sistema reagente.
Ela reflete o número e o tipo de
ligações químicas nos
reagentes e produtos.
Entropia (S) é uma expressão
quantitativa da aleatoriedade
ou desordem de um sistema
Parâmetros termodinâmicos que descrevem as
transformações de energia que ocorrem em
reações químicas
Reactants
Energy
Products
Progress of the reaction
Amount of
energy
released
(G < 0)
Fre
e e
nerg
yG negativo (ou exergônica) – reação espontânea
(energia livre do produto é menor que do reagente)
Tendência da reação fora do equilíbrio é no sentido de
formação do produto
Reactants
Energy
Products
Progress of the reaction
Amount of
energy
required
(G > 0)
Fre
e e
nerg
yG positivo (ou endergônica) – reação não espontânea
(energia livre do produto é maior que do reagente)
Tendência da reação fora do equilíbrio é no sentido de
formação do reagente
O que é equilíbrio de uma reação química???
Porque isso???
Constante de equilíbrio de uma reação esta relacionada com a variação de energia livre da reação
Variação de energia livre padrão é a variação de energia livre de uma
reação em condições padrão de concentração e temperatura e pH.
Química ∆Go – T de 298oK = 25oC Reagentes e produtos 1M e (pH 0)
Bioquímica ∆Go’ – T igual, concentrações em 1 mM e pH 7
Nas células as concentrações de reagente e produtos e pH
não são padrões portanto cada reação tem uma variação
de energia real dada pela equação:
∆G =∆Go’+RTlnKeq
As reações químicas das células NUNCA entram em equilíbrio
As células usam os dois tipos de reações para conseguir realizar as transformações metabólicas necessárias
∆G negativo (tendência a formação produto – favorável)
∆G positivo (tendência a formação reagente – não favorável)
Como isso ocorre?
A B C
A C
A B
B C
ΔG1´º
ΔG2´º
ΔG1´º + ΔG2´º
Os valores de ΔG´o são aditivos
para reações químicas
sequenciais que apresentam um
intermediário comum
1) Acoplamento de reações
2) Retirada imediata dos produtos do sistema
ΔG =ΔG´º +RT ln[ B]b
[ A]a
aA ΔG´º +
ΔG negativo
(relação P/R pequena e ln negativo)
bB
Existem cinco tipos mais importantes de
reações químicas que ocorrem nas células
(1) reações que criam ou quebram ligações carbono-carbono;
(2) rearranjos internos, isomerizações e eliminações de grupos;
(3) reações com radicais livres;
(4) transferência de grupos;
(5) oxidação-redução.
Transferência de grupos fosfato e reações de oxido-redução estão principalmente relacionadas com transferência de energia
O fluxo de energia nos organismos vivos é promovido
por moléculas e reações especiais
Moléculas de alta
energia
Moléculas de baixa energia
Moléculas de baixa energia
Moléculas de alta
energia
Transportador de energia Transportador de
energia
Mediado por moléculas transportadoras de energia
Transferência de grupos
fosforil
Transferência de energia
livre de uma reação
exergônica para uma
endergônica através de um
intermediário de alta energia
Transportador universal de
energia metabólica
ATP
A variação de energia livre padrão para a hidrólise do
ATP é grande e negativa
ATP4- + H2O→ADP3- +Pi2- + H+
ΔG´º = - 30,5kJ/mol
ATP- três grupos fosfato com
carga (-) força repulsão
Hidrólise de um fosfato alivia a
repulsão eletrostática da
molécula
Pi (HPO4-) liberado é
estabilizado por ressonância o
que não ocorre quando está
ligado na molécula de ATP
Mas o que acontece se o Pi se
ligar a uma molécula?
O ATP fornece energia
por transferência de
grupos fosfato e não
por simples hidrólise
Como a energia das
moléculas são
transferidas?
representação
Tendência das moléculas a
ficarem mais estáveis pela
perda de grupos fosfato
Outras moléculas
fosforiladas podem
atuar de modo
similar ao ATP
transferindo energia
nos sistemas
biológicos
Esses compostos
são classificados de
acordo com a energia
livre padrão de
hidrólise em
compostos de baixa
ou alta energia
Transferência de elétrons (reações de óxido-redução)
O fluxo de elétrons pode realizar trabalho
Reações envolvem a perda de elétrons por
uma determinada espécie química, que
sofre oxidação, e captação desses elétrons
por outra espécie, que é reduzida
Nos sistemas biológicos existe um sistema
análogo ao sistema bateria e motor de um carro
– compostos reduzidos são fonte de elétrons
para determinadas reações produzirem energia
metabólica
Como os elétrons podem ser transferidos ?
1 - Diretamente - Fe+2 + Cu+2 → Fe+3 + Cu+
2 - Por combinação direta com o oxigênio
(incorporação em uma molécula redutora) R-CH3 + ½
O2 → R-CH2-OH
3 - Como átomos de hidrogênio
AH2 A + 2e- + 2H+
Desse modo AH2 pode reduzir outra substância
AH2 + B A + BH2
4 - Na forma de íon Hidreto (:H-) transferência de 2
átomos de hidrogênio mas como íon ligado a um
transportador e o H+ livre
Em uma reação de oxidação-redução sempre tem que ter pelo menos um elementos que doa elétron e outro que recebe elétron (par conjugado) .
Zn2+/ Zn e Cu2+/ Cu
Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu
Pares conjugados:
Redutor
Oxidante
(Zn2+ ficou oxidado e Cu ficou reduzido)
Cu2+
Zn
Sistemas biológicos reações de óxido-redução ocorrem
principalmente pela transferência de átomos de H ou
íons hidreto – enzimas desidrogenases
Acoplamento de reações de desidrogenação e hidrogenação
por um transportador intermediário (Coenzima)
Quem são esses transportadores?
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Nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD) e Nicotinamida
adenina dinucleotídeo fosfato (NADP)
Incorpora íon hidreto e libera H+ para o meio aquoso
São fracamente ligadas às desidrogenases
(transportadores solúveis)
Nicotinamida – vitamina
B3 ou Niacina
NADP essa hidroxila é substituída
por um grupo fosfato
Transferem elétrons na forma
de átomos de H (1 ou 2)
Essas coenzimas se acham
covalentemente ligadas às
enzimas desidrogenases – não
se difundem para transferir os
elétrons
Flavina-adenina dinucleotideo (FAD) e
Flavina Mononucleotideo (FMN)
Em uma reação de oxido-redução
por um par redox a transferência
de elétrons ocorre
espontaneamente e depende a
afinidade relativa do receptor de
elétrons
Potencial de redução (E’o - dado
em volts) é a medida da afinidade
de um composto por elétrons
Quanto mais negativo mais
facilmente o composto libera
elétrons e quanto mais positivo
mais ela segura ou recebe elétrons
O processo de oxidação de
moléculas biológicas geram
um fluxo de elétrons (gera
energia) que é usada para
síntese de ATP.
O ATP pode fornecer energia
pela transferência de grupos
fosfato (reação exergônica)
em reações que necessitam
dela (endergônicas)
RESPIRAÇÃO CELULAR
