Resumo de Bioquimica 1

António e Bernardo Lucas®

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RESUMO DE BIOQUÍMICA FISIOLÓGIA

Água

1. A água forma ligações de hidrogénio com solutos polares, permitindo a sua

solubilidade.

2. Moléculas hidrófobas (não polares):

a. ligam-se entre si e para aumentar a entropia;

b. o nº de moléculas de água ficam menos organizadas;

c. o círculo tem menor perímetro para a mesma área, por isso as moléculas de

água envolvem as moléculas hidrófobas em círculos.

Ex: A tendência dos lípidos (não polares) é agruparem-se.

3. Os solutos concentrados interferem nas propriedades coligativas da água:

a. Pressão do vapor

b. Ponto de ebulição

c. Ponto de fusão

d. Pressão osmótica

Ex. Água + NaCl ----» o ponto de ebulição aumenta e o de fusão diminui

4. A água tem tendência a passar de uma concentração de água maior para uma

menor, criando pressão osmótica (força necessária para impedir a tendência da

água).

5. Célula numa solução hipertónica diminui de tamanho, a água sai.

6. Célula numa solução hipotónica aumenta de tamanho, água entra e pode lisar.

7. O pH afecta a estrutura e a actividade das moléculas biológicas afectando por isso

a maioria dos processos biológicos.

Ka= Keq= 𝐴− [𝐻+]

[𝐻𝐴]

8. A capacidade de tampão é determinada pelo pK e pela concentração do ácido

fraco e base conjugada.


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Genes, Proteínas e Aminoácidos

1.

Genes --------------»mRNA------------------»Proteínas

2. Aminoácidos são diferentes pelo grupo R

a. Alifáticas

b. Hidroxiladas ou contendo enxofre, têm grupo OH (álcool) são hidrofílicos

c. Aromáticas

d. Básicas, grupo amina adicional (NH3)

e. Ácidas ou amidas, grupo carboxil ou metade carboxil e outra NH2(amina)

3. Carácter hidrófobo ou hidrofílico

a. Tamanho (pode ser determinante para a sua função na proteína)

b. Carga (tem influência na proteína)

4. Aminoácidos mais pequenos são geralmente mais frequentes e qualquer um pode ser

modificado após tradução.

Ex. cistina, 4-hidroxiprolina, 5-hidroxilisina, …

5. Ligações de dissolfureto entre cisteínas formam cistina

Isomeria dos Aminoácidos

Configuração L e D

1. As proteínas não usam aminoácidos com Configuração-D, usam as de Configuração-L.

Ionização de Aminoácidos

1. Contêm pelo menos dois grupos ionizáveis.

a. NH2 forma desprotonada forma protonada NH3+;

b. COOH forma protonada forma desprotonada COO-;

pH<2 aminoácidos na forma catiónica para valores de pH baixo

2<pH<9 aminoácidos na forma aniónica para valores de pH elevado

pH>9 aminoácidos na forma zwiteriónica para valores de pH fisiológico

Ponto isoeléctrico pI=(pK1+pK2)/2

Transcrição Tradução Sequência de aminoácidos


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Ligações Peptídicas

1. Condensação forma-se uma ligação com libertação de uma molécula H2O

2. Hidrólise quebra-se uma ligação com adição de uma molécula H2O

3. Aminoácidos em cadeia são chamados resíduos aminoácidos.

4. Estabilidade das ligações:

a. Formação de ligações peptídicas, requerem muita energia

b. Hidrólise é favorável mas muito lenta

c. Proteases hidrolisam ligações peptídicas de forma específica

Conformação de Proteínas

Ex: Calmodulina α-Hélix, iões Ca2+ interrompem uma zona de enrolamento

Estrutura Secundária

- α-Hélix

- β-Folha pregueada Estabilizadas por ligações de hidrogénio

- Hélice de colagénio

Ligação Peptídica

a) Ligação simples tem notação livre, a dupla não

b) C, O, N, H coplanares

c) C=O e -H paralelas

d) Configuração cis e trans

Conformação estendida é 1800, e a hélix 400 (nem todos os a.a. conseguem estabilizar as α-

Hélix)

Funções das proteínas:

1. Catálise

2. Transporte

3. Nutrição e armazenamento

4. Contracção e mobilidade

5. Elementos estruturais

6. Mecanismos de defesa

7. Regulação genética e hormonal

8. Tamponação

Estrutura Terciária: diferentes enrolamentos para diferentes funções

1. Refere-se à estrutura tridimensional da cadeia polipeptídica

2. Estabiliza por ligações de H, iónica e de van deer Waals.

3. Ligações de disulforeto


4

Estrutura Quaternária: arranjo de cadeias polipetídicas em proteínas de múltiplas subunidades

Classificação de proteínas, quanto à forma, localização e formação de complexos:

a) Simples (holoproteínas); ex: sangue, membranas, matriz celular

b) Conjugadas (heteroproteínas): contém uma parte não proteica, grupo prostático

c) ex: núcleo, citoplasma, membranas, matriz celular

Estrutura Primária (composição em aminoácidos)

1. Determinante para as propriedades químicas e para a conformação das proteínas;

2. Propriedades emergentes: determinante para a actividade biológica;

3. As diferenças de função resultam das diferenças de estrutura primária;

4. São possíveis pequenas alterações sem alteração da função.

Processamento pós-tradução das proteínas

a) A conformação de uma proteína, tal como é encontrada na célula a realizar as suas

funções, que apresenta uma actividade biológica máxima é chamada de FORMA

NATIVA.

Formas

Globulares: solúveis em água, proteínas, de forma esférica, compactas

Fibrosas: insolúveis em água, são constituídas por fibras ou fibrilhas, grande quantidade de

cadeias enroladas em estruturas secundária.

Ex1: colagénio; atribui resistência ao tecido e têm sequências de a.a. pouco usais

Ex2: elastina; confere elasticidade aos tecidos

Conformação errada: torna-as não funcionais ou patogénicas e ser a causa de doenças como

BSE ou Alzheimer

Anemia das células falciformes: as proteínas desoxigenadas polimerizam e precipitam dentro

do eritrócito.

Importância da conformação correcta das proteínas

1. Proteínas prião podem assumir mais do que uma conformação.

2. A propagação da proteína prião infecciosa ocorre pela conversão da proteína prião

normal (PrP) numa forma que causa doença (PrPsc)

Escorbuto

Na ausência de Ácido Ascórbico, as proteínas da cadeia de colagénio não são hidroxiladas. O

colagénio fica mais frágil.


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Desnaturação

Alteração da estrutura tridimensional das proteínas sem que haja ruptura de ligações

peptídicas, e que leve à perda de funções biológicas.

Agentes de Desnaturação

Químicos

a) Variações de pH

b) Soluções de ureia

c) Detergentes como SOS

d) Solventes orgânicos

Físicos

a) Temperatura

b) Radiações UV

c) Agitação mecânica

Glúcidos

Funções:

a) Fonte de energia

b) Elementos de reconhecimento nas membranas das células

c) Componentes dos ácidos núcleicos

d) Estrutura base dos tecidos

e) Lubrificantes e elementos de suporte do tecido conjuntivo

São poucas funções pois há pouca diversidade de glúcidos

Classificação

a) Oses: simples ou derivadas

b) Ósidos: holósidos (poliósidos) ou heterósidos (gluconjugados)

Oses Simples (CH2O)n

Enzimas

1. Enzimas: são biocatalizadores presentes nas células e tecidos, com a função de

acelerar reacções químicas, providenciando uma via alternativa para a reacção com os

mesmos reagentes, produtos e equilíbrio

2. Estrutura: são proteínas globulares

Nomenclatura e Classificações

a) Sufixo -ase

b) Designadas de acordo com o tipo de reacção

c) Dividem-se em grupos com base no tipo de reacção que catalisam


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Classificação

a) Oxireductases

b) Transferases

c) Hidrolases

d) Liases

e) Isomerases

f) Ligases: por reacções de condensação, liberta-se H2O

Coenzimas

Apoenzima (inactiva)+ Cofactor Holoenzima (activa)

Tipos de Cofactores:

a) Cofactores metálicos

b) Coenzimas

Coenzimas 1 Redox, transferência de equivalentes redutores (e- e H+)

Coenzimas 2 Transferência de grupos (ex: ATP, Coenzima A, Biotina, Lipoamida)

Cofactores

NADH NAD+ + H+ + 2e- NAD+ oxidado NADH reduzido

Cofactores metálicos

Ca2+, Fe2+, Fe3+, K+, Mg2+, Mn2+, Ni2+, Se, Zn2+

O que determina a velocidade de reacção?

1. As moléculas precisam de um certo estado energético que lhes permite atingir o

estado de transição

2. Reacções de ordem superior, têm de possuir energia suficiente para colidir e conseguir

a reacção favorável.

3. As enzimas diminuem a energia de activação

4. O estado de transição é um estado pelo qual os reagentes têm de reagir.

5. Alterar a velocidade de reacções

a. Concentrações de reagentes

b. Temperatura

i. Constante no corpo humano

ii. Febre ou hipotermia causam alterações metabólicas

iii. Manutenção dos órgãos para transplantes

b. Utilizando um catalisador


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O que faz a enzima?

1. As enzimas aumentam a velocidade das reacções de forma que elas se tornam

compatíveis com as necessidades dos organismos

2. Há 4 aspectos que diferenciam as enzimas dos catalisadores químicos:

a. As reacções catalizadas por enzimas são aceleradas por factores que podem ir

de 106 a 1012, muito superiores aos de ordem química

b. Ocorrem em condições moderadas, compatíveis com a vida celular

c. Especificidade em relação ao substrato e aos produtos

d. Capacidade de regulação

Como actuam as enzimas?

E + S ES E + P

Não há alteração da enzima como resultado da reacção, e não altera as propriedades

termodinâmicas do sistema.

1. Sistema de encaixe induzido

2. O centro activo tem uma tolerância muito pequena – Especificidade

a. Absolutamente específica: reage apenas com um substrato

b. Específica para moléculas com o mesmo grupo funcional

c. Específica para determinadas ligações

d. Estereoespecíficas: aceitar só um dos isómeros do substrato

3. Aumento do produto ou desaparecimento do substrato vai alterar a actividade

enzimática

Modelo de Michaelis-Menten

E + S ES E + P

1. É assumido que:

a. São consideradas apenas as velocidades iniciais, [S] praticamente não varia

b. [ES] está em estados estacionário

c. Em condições de saturação (excesso de substrato) toda a enzima se encontra

na forma ES e que nestas condições a velocidade de formação de produtos é

máxima, logo Vmax=k2[E]

Quebra de ES em E e P Va=k2[ES]

Formação de ES Va=k1[E][S]

Quebra de ES em E e S Va=k-1[ES]

Equação de Michaelis-Menten 𝑉 =𝑉𝑚𝑎𝑥 𝑡

[𝑆]

𝐾𝑀+ 𝑆

2. KM é característico de uma reacção entre uma dada enzima e um dado

substrato (M).


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3. O valor de KM é igual ao da [S], quando a velocidade é igual a metade da Vmax.

4. A Vmax depende da concentração da enzima.

5. O KM e o Vmax são influenciados por parâmetros como o pH e a temperatura.

6. O KM é uma medida da concentração de substrato necessária para a reacção

ocorrer significativamente.

7. Se uma enzima actua sobre mais do que um substrato a relação entre os

valores de KM podem ser usados como medida da sua afinidade relativa da

enzima para cada substrato.

8. Kcat mede a velocidade do processo catalítico.

9. Turover=Vmax/[E]

Inibição Enzimática

1. Inibição irreversível: ligam-se covalentemente à enzima, perto do centro activo ou

modificam covalentemente o centro activo

2. Inibição reversível: formam ligações fracas, não covalentes, e dissociam-se facilmente.

3. A enzima só está inibida quando há inibidor presente:

a. Competitivo: análogos estruturais do substrato que competem com este para

ligação ao centro activo. É possível superar a inibição aumentando a

concentração de substrato. – Vmax constante, KM aumenta

b. Incompetitivos: inibidores que se ligam ao complexo ES em locais distintos do

centro activo não competindo com o substrato. Vmax diminui, KM constante

c. Mistos: ambos os parâmetros de Vmax e KM são alterados

Enzimas alostéricas: contêm um local alostérico para a ligação de efectores, que podem

modular a sua actividade, são enzimas reguladoras das actividades metabólicas, e não seguem

a cinética de Michaelis-Menten

Regulação Celular dos Processos metabólicos

1. Compartimentação. Controlo sobre o acesso ao substrato

2. Controlo sobre a actividade enzimática

a. Moduladores alostéricos (regulação de feedback)

b. Modificação covalente

c. Clivagem proteolítica

i. Zimogénicos activados por proteólise

d. Isoenzimas

3. Controlo sobre a quantidade de enzima. Regulação a longo prazo

a. Controlo sobre a expressão dos genes

i. Tempo de vida curto

ii. Síntese de novo


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Modificação covalente

Hormona receptor alvo sinal intracelular proteínas cinases sensíveis ao sinal

modificação covalente da enzima alvo

A fosforilação da enzima alvo pode ser estimulador ou inibidora da actividade da enzima

Clivagem proteolítica

São inactivadas por inibidores proteicos específicos

Isoenzimas

São enzimas fisicamente distintas mas com funções catalíticas idênticas. Podem diferir nos

valores de:

a. KM

b. Vmax e/ou regulação.

c. Diferentes tecidos podem ter isoenzimas.

Ex. lactato desidrogenase cujas isoenzimas variam a nível da estrutura quaternária

Enzimas comummente usadas em diagnóstico

Fosfatase ácida, alanina aminotransferase, fosfatase alcalina, amilase, angiostensina

conversora, aspartato aminotransferase, etc.

Ex. libertação no plasma de enzimas cardíacas após um enfarte do miocárdio: CPK, LDH e

HBDH

Propósitos do Metabolismo

Os sistemas vivos têm a capacidade de dirigir reacções químicas e organizar moléculas em

estruturas específicas, altamente organizados.

Capazes de:

a. Crescimento;

b. Manutenção;

c. Duplicação.

Mas necessitam constantemente de obter energia - moléculas precursoras


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Fontes de Energia

1. Energia luminosa (radiação solar)

2. Energia Química (oxidação de compostos químicos)

Organismos heterotróficos, como os animais, usam compostos orgânicos como fonte de

carbono e energia que canalizam para todos os processos necessários à manutenção da vida.

Metabolismo

É um conjunto de todas as reacções químicas que se processam num organismo, que se

encontram organizadas de forma coordenada em vias metabólicas.

Estratégias gerais do metabolismo

Catabolismo – conjunto de vias metabólicas que levam à degradação de moléculas complexas,

libertando energia e moléculas mais simples

Ex. Nutrientes com energia: carbohidratos, gorduras, proteínas - por um processo de

catabolismo formam energia e produtos simples: CO2, H2O, NH3

Anabolismo - conjunto de vias metabólicas que levam à biossíntese de moléculas e

macromoléculas necessárias às funções celulares, e requerem energia.

Ex. Precursores moleculares: aminoácidos, açucares, ácidos gordos, bases azotadas – por um

processo de anabolismo formam macromoléculas como Proteínas Polissacáridos, Lípidos,

Ácidos nucleícos

Via metabólica

Esta expressão refere-se a um conjunto definido de reacções químicas, sequencias no tempo,

que levam à transformação de uma substância noutra, implicando a formação intercalar de um

ou mais intermediários.

Características comuns das vias metabólicas

São Irreversíveis

Têm um passo irreversível (termodinamicamente muito favorável, ΔG«0), no início da via, que

serve para comprometer a direcção do fluxo e assegurar a irreversibilidade.

As vias anabólicas e catabólicas usadas a interconversão de metabolitos são distintas. Diferem

pelo menos numa enzima (enzimas reguladoras)

Permitem regular de forma independente cada uma das vias.

A maioria das reacções está próxima do equilíbrio. Pode ser comum às vias catabólicas e

anabólicas. O fluxo depende da lei da acção das massas (concentração do substrato/produto)


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São compartimentadas o que permite maior controlo dos processos:

a. Organitos

b. Em diferentes tecidos

São reguladas. O controlo do fluxo na via passa por controlar a actividade das enzimas

reguladoras por um dos vários mecanismos:

a. Regulação cinética através da disponibilidade do substrato

b. Alteração da actividade da enzima

i. Regulação alostérica por um intermediário ou coenzima

ii. Modificação covalente

c. Regulação genética que regula o nível de enzimas alterando a sua velocidade de

síntese ou degradação – mecanismo adaptativo, lento

Metabolismo celular «---------------------» Estado metabólico organismo

Os organismos vivos necessitam constantemente de obter energia

1. A energia contida nos nutrientes obtidos na dieta, é libertada de forma controlada

através de reacções de oxidação-redução

2. A energia livre contida nos nutrientes e libertada através das reacções redox, é

conservada como ATP.

3. A energia livre contida nos nutrientes que foi libertada através das reacções redox e

conservada como ATP, pode ser utilizada para levar a cabo bossínteses ou outros

processos endergónicos.

Termodinâmica

1ª Lei – “A quantidade de energia do Universo mantém-se constante”

ΔH = q + w

1. Transferência de calor (q)

2. Realização de trabalho (w)

Os sistemas biológicos podem interconverter as várias formas de energia, trocar energia com o

exterior, mas não a podem criar nem destruir.

As reacções químicas são acompanhadas por variações de energia – ganho ou perda de

energia durante a reacção.

Entalpia da reacção é a variação da energia interna em condições de pressão constantes (

condições usuais das reacções dos seres vivos)

Uma variação negativa da entalpia (ΔH<0), favorece a reacção pois diminui a energia interna. É

exotérmica.

Não dá indicação se a reacção ocorre espontaneamente.


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2ª Lei – “Todos os processos tendem a prosseguir no sentido do aumento da entropia do

Universo”

Entropia (S) é uma medida do grau de desordem do sistema.

Uma variação positiva da entropia (ΔS>0) favorece a reacção.

Processos favoráveis (espontâneos) são aqueles onde ocorre um decréscimo da energia livre.

ΔG é negativo.

Porque é necessária energia?

Os organismos funcionam a temperaturas e pressão constantes e por isso a energia resultante

das reacções bioquímicas é a energia livre de Gibbs, G.

ΔG= ΔH – T ΔS

ΔH – Variação da entalpia (J/mol)

T – temperatura absoluta (K)

ΔS – Variação de entropia (J/mol.K)

ΔG é a variação de energia livre durante a reacção e correspondente à parte da energia total

libertada que está disponível para realizar trabalho.

Se a transformação que ocorre liberta energia livre ΔG<0 é exergónica

Se a transformação que ocorre consome energia livre ΔG>0 é endergónica

Se ΔG for: O processo é:

Negativo Favorável

Processo irreversível

Zero Está em equilíbrio

Processo reversível

Positivo Desfavorável

O processo inverso é favorável

O ΔG dá informação sobre se uma reacção em dadas condições se realiza mas não dá qualquer

informação sobre a velocidade da reacção.

Os organismos vivos durante os processo metabólicos matem ou mesmo aumentam a sua

complexidade e organização (ΔS<0)

São sistemas abertos que trocam energia e matéria com a vizinhança.

A ordem e a organização é possível por haver extracção de energia dos nutrientes ( ou energia

solar) e libertação de calor e entropia para a vizinhança.

A energia contida nos nutrientes obtidos na dieta, é libertada de forma controlada através

de reacções redox


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Nestas reacções há transferência de electrões ou de átomos de H de uma molécula para outra.

A tendência de dada substância para aceitar e- e ficar reduzida ou perder e- e oxidar-se é

expressa como o potencial redox (Eo,).

O potencial redox é uma medida da facilidade de remover e- de uma substância quando

comparada com a facilidade de remover e- do H2 (Eo,=0).

Uma reacção redox onde haja transferência de electrões para um composto de potencial mais

positivo liberta energia livre.

No catabolismo os nutrientes são oxidados até CO2. Libertando energia livre.

No metabolismo muitas reacções redox estão acopladas às coenzimas NAD, NADP e FAD.

Os electrões obtidos dos nutrientes e dos intermediários metabólicos são transferidos para o

NAD+, FAD e NADP+.

O NAD+ e FAD existem em quantidade limitada e têm de ser recicladas. Têm um papel de

intermediários redox.

A energia das coenzimas reduzidas é recuperada usando O2 como aceitador final de electrões.

NAD+, FAD e NADP+----------------------------------------------------------------» Oxigénio

Libertação de energia

ΔG0,=-52,6 kcal/mol de NADH

ΔG0,=-36,3 kcal/mol de FADH

Ciclo do ATP

A energia livre contida nos nutrientes e

libertada através das reacções redox que

ocorrem na cadeia de transporte de

electrões, é conservada em ATP.


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ATP e o estado energético da célula

Em células normais a concentração de ATP é mantida em valores relativamente constantes.

Quando o ATP é hidrolisado mais Pi, os processos de re-fosforilação de ATP, como por ex. a

respiração celular repõem-no.

Se os valores de concentração de ATP não forem repostos a célula perde a capacidade de

realizar as suas funções e de se manter viva.

Acoplamento energético

a. Reacções com ATP como um intermediário comum, catalizadas por uma enzima

específica

b. A energia livre libertada pela hidrólise do ATP tem de ser suficiente para conduzir a

segunda reacção

c. O valor de ΔG das reacções acopladas é a soma dos ΔG das reacções individuais.

A-----------------»B ΔG,01

B-----------------»C ΔG0,2

Soma: A--------------------»C ΔG,01 + ΔG0,

2

Visão geral dos processos catabólicos

São os nutrientes, principalmente glúcidos e ácidos gordos, que fornecem a energia necessária

para sintetizar ATP

Etapas do catabolismo

Etapa 1 – Hidrólise dos nutrientes em pequenas subunidades

Não há produção de ATP

Realizada pelo aparelho digestivo

Glândulas salivares: amilase – digestão do amido

Estômago: HCl e pepsina – proteínas

Pâncreas: enzimas proteolíticas e lipases-proteínas lípidos

Fígado e vesícula: sais biliares – emulsão de gorduras

Intestino delgado: continuação das degradações das macromoléculas com produção de

aminoácidos, hexoses, ácidos gordos e glicerol que serão então transportados para o sangue.

Etapa 2 – Catabolismo das pequenas subunidades até formação de acetil-CoA

Há um pequeno aproveitamento de energia com produção de ATP (fermentação)

Maioria realizado no citoplasma das células


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Etapa 3 – Oxidação completa de acetil-CoA até formação de CO2 e H2O

Libertação de grande quantidade de energia que é usada para produção de ATP

(respiração celular)

Realizada na mitocôndria

Aeróbia

Metabolismo de aminoácidos

Metabolismo dos aminoácidos

1. Os a.a. não são armazenados no organismo

2. Para além da síntese proteica, são utilizados como precursores de a.a. derivados,

nucleótidos, hormonas, coenzimas, porfirinas, neurotransmissores…

3. Os animais oxidam os a.a. (utilizando como combustível):

a. Excedentes do processo natural de turnover proteico;

b. Excedentes duma dieta alimentar rica em proteína;

c. Durante o jejum, quando não há disponível glucose, ou em qualquer situação

metabólica que impeça a normal utilização de glucose

Digestão das proteínas

1. A degradação das proteínas da dieta alimentar é realizada no tracto gastrointestinal,

pela acção sequencial do HCl, da pepsina, proteases pancreáticas com diferentes

especificidades e peptidases intestinais;

2. Os a.a. livres libertados no intestino são transportados para as células epiteliais,

passam para o plasma e seguem para o fígado

Catabolismo dos aminoácidos Oxidação dos aminoácidos

1. O catabolismo dos a.a. distingue-se do catabolismo dos açucares e ácidos gordos pelo

facto destas moléculas terem grupos amina


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Catabolismo dos aminoácidos

1. A estratégia comum para remoção dos grupos amina é a transminação (transferência

do grupo amina para um α-cetoácido catalisada por uma aminotransferase, a

transminase);

2. O α-cetoácido é normalmente o α-cetoglutamato o que canaliza os grupos amina para

a forma de glutamato;

3. O glutamato será dador de grupos amina para as vias biossintéticas ou para a sua

eliminação na forma de ureia;

4. Alguns aminoácidos podem ser directamente desaminados produzindo amónia.

Aminotransferases

1. Estas enzimas diferem na sua especificidade para o aminoácido dador mas aceitam

apenas o α-cetoglutarato, ou em menor extensão o oxaloacetato;

2. Têm como grupo prostético o piridoxal fosfato (derivado da vitamina B6) que funciona

como transportador temporário de grupos amina.

O glutamato liberta amónia (NH4+) no fígado

1. A glutamato desidrogenase é uma enzima mitocondrial que catalisa a desaminação

oxidativa do glutamato.


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A amónia produzida nos tecidos extrahepáticos é transportada pela glutamina

1. No fígado, ou rins, a amónia é libertada pela acção da glutaminase – enzima hepática

mitocondrial

A amónia produzida no músculo pode ser transportada pela amónia (ciclo glucose-alanina)

Ciclo da ureia

1. A amónia canalizada para o fígado é convertida em ureia

2. A ureia é recolhida nos rins e excretada na urina

2NH4+ + HCO3

- + 3ATP + H2O ----» ureia + 2ADP + 1 AMP + 4Pi

3. O custo energético da síntese de ureia pode ser menor se houver regeneração do

oxaloacetato no ciclo de Krebs.


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Regulação

1. Responde ao tipo de dieta

alimentar

2. A carbamoil fosfato sintetase I é

regulada alostericamente por N-

acetilglutamato

3. Regulação da expressão dos genes

de 4 enzimas do ciclo:

i. Adaptação ao longo do

prazo à dieta


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Destinos dos esqueletos carbonados dos aminoácidos

1. Gluconeogénese

2. Cetogénese

3. Oxidação completa a CO2 e H2O

Oxidação dos ácidos gordos

Digestão, mobilização e transporte

1. Os ácidos gordos têm origem nos triacilglicerois obtidos na dieta, em triaglicerois

armazenados nos adipócitos (células do tecido adiposo)

2. Os triacilglicerois com a sua origem na dieta são emulsionados pelos sais biliares no

intestino, formando micelas mistas (aumentam a acessibilidade das lipases intestinais)

3. Os mono- e diacilglicerois, ácidos gordos e glicerol resultantes da acção das lipases são

absorvidos pela mucosa intestinal

4. Nas células epiteliais são reconvertidos a triacilglicerois e empacotados com colesterol

e alipoproteínas em lipoproteínas – quilomicrons

5. No músculo e tecido adiposo, por acção da lipoproteína lipase, os triaglicerois são

hidrolisados a glicerol e ácidos gordos que são transportados para o interior das

células onde são usados respectivamente para obter energia ou serem re-esterificados

para serem armazenados.


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Mobilização e transporte

1. Quando é necessário energia, sinais hormonais despoletam a mobilização dos

triaglicerois armazenados nos adipócitos

2. Os ácidos gordos assim libertados são transportados para os tecidos, associados à

albumina sérica, e aí transportados para o interior das células

Activação

Ácido gordo + CoA + ATP <=> acetil-CoA + AMP + PPi

acetil-CoA sintetase

Transporte mitocondrial


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β – oxidação

1. A oxidação de acetil-CoA ocorre em ciclos de 4 reacções

2. Cada ciclo produz 1 NADH, 1FADH2, 1 acetil-CoA e um aguilhoa com uma cadeia

encurtada em 2C. No último ciclo formam-se 2 acetil-CoA

3. No último ciclo da oxidação de ácidos gordos com um nº ímpar de C formam-se

propinilCoA que é posteriormente convertido a succinilCoA

Oxidação completa dos ácidos gordos

1. Fase I: β-oxidação -----------» acetil-CoA, NADH, FADH2

2. Fase II: Ciclo de Krebs -----------» NADH, FADH2, ATP

3. Fase III: Fosforilação oxidativa -----------» ATP

Cetogénese

1. No fígado, o acetil-CoA pode ser canalizado para a síntese de compostos cetónicos

2. Estas moléculas são usadas pelo músculo esquelético e cardíaco para a produção de

ATP. Em jejum o tecido nervoso fica dependente destas moléculas

Utilização dos corpos cetónicos por tecidos extra-hepáticos

Acetoacetato + succinil CoA <=> acetoacetil CoA + succinato

Acetoacetato CoA transferase: succinil CoA

Esta enzima mitocondrial está ausente no tecido hepático

Síntese dos ácidos gordos

1. O organismo obtém grande parte dos ácidos gordos que necessita na dieta

2. Outra fonte de ácidos gordos é a sua biossíntese a partir de açucares, aminoácidos e

outros ácidos gordos. Os excessos de hidratos de carbono e proteína obtidos na dieta

podem ser convertidos a ácidos gordos e armazenados como triagliceróis

3. A síntese de ácidos gordos ocorre principalmente no fígado e glândulas mamárias, mas

também no tecido adiposo e rins.

4. Ocorre no citoplasma e usa como precursor o acetil-CoA, como energia metabólica o

ATP e como redutor o NDPH

5. Para a síntese de ácido palmítico:

8acetilCoA + 7ATP + 14NADPH + 14H+ --» ácido palmítico + 8CoA + 7ADP + 7Pi + 14NADP+ +

6H2O

6. Nos animais o ácido palmítico é precursor de todos os outros ácidos gordos através de

reacções de elongação, dessaturação e hidroxilação.


22

Para síntese de novo é necessário:

1. Transporte de acetil-CoA para o citoplasma

2. Activação do acetil-CoA, com formação de malonilCoA

i. A biotina é uma coenzima que serve como um transportador temporário de

CO2

3. Elongação sequencial da cadeia de ácido gordo por um complexo multienzimático: a

síntetase de ácidos gordos

i. ACP-proteína transportadora de grupos acil. Tem grupo –SH que forma uma

ligação tioéster com o grupo acil.

ii. Contém também actividade hidrolítica que separa o palmitato no final da

síntese

iii. Elongação sequencial (por repetição da sequência de 4 reacções) da cadeia de

ácido gordo até à formação de ácido palmítico

iv. A biossíntese de ácidos gordos necessita de grande quantidade de poder

redutor – NADPH

v. No citoplasma [NADPH]/[NADP+] é elevada:

Via das pentoses fosfato

Enzima málica

Relação com o metabolismo da glucose

1. A glicólise produz piruvato, que é a principal fonte de acetil-CoA, e oxaloacetato

mitocondrial para a síntese de palmitato

2. Os NADH produzidos na glicólise podem ser utilizados para a obtenção de NADPH no

citoplasma (enzima málica)

Produção de acetil-CoA no citoplasma


23

Relação com o metabolismo da glucose e aminoácidos

1. Outros ácidos gordos podem ser obtidos a partir de pamitato

2. Ácidos gordos de cadeia mais curta podem ser obtidos por acção de tiosterases

adicionais

Regulação do metabolismo dos ácidos gordos

1. Regulação

i. Responde a diferentes necessidades energéticas e dietas alimentares

ii. O acetil-CoA carboxilase é a enzima reguladora

2. Efectores alostéricos:

i. PalmitoilCoA – inibição feedback

ii. Citrato no citoplasma significa elevada [acetil-CoA] e [ATP] mitocondrial

3. Modificação covalente:

i. Traduz uns sinais hormonais

4. Regulação da expressão de genes

i. Adaptação à dieta

5. A biossíntese e a oxidação de ácidos gordos são reguladas de forma coordenada

6. Funcionam em compartimentos celulares distintos:

i. Em condições de excesso de glucose é activada a biossíntese que produz

grande quantidade de malonilCoA no citoplasma

ii. O malonilCoA inibe a carnitina aciltransferase I impedindo a entrada de

acilCoA na mitocôndria

iii. Os acilCoA formados no citoplasma serão convertidos a triacilglicerois ou

fosoflípidos

7. Quando há excessos de glúcidos na alimentação, a oxidação da glucose permite que os

níveis de ATP, NADH, NADPH sejam elevados

8. Favorece a síntese de glicogénio

9. Favorece a biossíntese de ácidos gordos e de glicerol o que leva à síntese de

triacilglicerois para reserva

Metabolismo dos glúcidos

1. Catabolismo da glucose para obtenção de energia

2. Utilização de outros monossacáridos

3. Obtenção de ribose, precursor biosintético

4. Utilização e formação de reservas glúcidicas

i. Glicogenólise e Glicogénese

5. Manutenção da glicemia

i. Glicogenólise e Neoglicogénese


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Gluconeogénese – formação de glucose de novo

1. Via biossintética de glucose que utiliza como precursores compostos não glúcidicos

como piruvato, alguns aminoácidos, glicerol e lactato

2. Ocorre no citoplasma, no fígado e em menor extensão nos rins, de forma a

providenciar glucose para os tecidos extra hepáticos

3. Sendo uma via biossintética sai cara à célula, gastando na formação de uma molécula

de glucose livre 4ATP, 2GTP e 2NADH

2piruvato + 4ATP + 2GTP + 2NADH + 4H2O----------»glucose + 4ADP + 2GDP + 6Pi + 2NAD+ + 2H+

Necessidades de glucose

1. Tecidos como cérebro e tecido nervoso, medula renal, testículos e eritrócitos usam

glucose como principal, ou única, fonte de energia

2. Fonte de energia universal

3. Principal precursor de todos os glúcidos, incluindo açucares aminados, polissacáridos e

os glúcidos componentes das glicoproteínas e glicolípidos

Via metabólica

1. A gluconeogénese não é simplesmente o reverso da glicólise

2. Há 3 passos da glicólise que são substituídos por 4 passos na gluconeogénese:

i. Piruvato + HCO3- + ATP -----» oxaloacetato + ADP + Pi

Piruvato carboxilase

ii. Oxaloacetato + GTP <=> fosfoenolpiruvato + CO2 + GDP

Fosfoenolpiruvato carboxicinase (Mg2+)

iii. Frutose-1,6-difostato + H2O <=> fructose-6-fosfato + Pi

Frutose-1,6-difosfatase

iv. Glucose-6-fosfato + H2O <=> glucose + Pi

Glucose-6-fosfatase

Precursores

1. Lactato

2. Glicerol

3. Aminoácidos glucogénicos

Regulação

1. A regulação da gluconeogénese e da glicólise é feita de forma recíproca e coordenada

2. As enzimas reguladoras da gluconeogénese são:

i. Piruvato carboxilase

Coordena a disponibilidade de ATP e acetil-CoA

ii. Frutose 1,6 bifosfatase

Responde às necessidades de glucose do organismo (glucagon)


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Gluconeogénese

Regulação

1. O piruvato mitocondrial tem dois destinos possíveis, regulados pelos níveis de acetil-

CoA

2. A gluconeogénese é favorecida quando o estado energético célula hepática é favorável

e existe acetil-CoA suficiente (catabolismo lípidos)

i. A partir do piruvato pode formar-se oxaloacetato por uma carboxilização

ii. Ou acetil-CoA por uma descarboxilação oxidativa

3. Regulação hormonal da glicólise e gluconeogénese mediada pela F2,6P

4. O mesmo sinal hormonal leva à activação da glicogénio fosforilase estimulando a

libertação de glucose a partir do glicogénio

Metabolismo do glicogénio

Reacção Global

1. (Glucose)n + glucose + 2ATP -----------» (Glucose)n+1 + 2ADP + 2Pi

2. A UDP glucose actua como uma forma de açúcar activado, nas reacções de

interconversão e polimerização de açúcares

3. A formação de UDP – glucose é favorável pois está acolpada à reacção de hidrólise do

pirofosfato

Glicogénese

1. Glicogénio sintase

2. Enzima ramificadora (amilo (1-»4)(1-»6) transglicosilase)

Glicogénio

1. O glicogénio é degradado por fosforólise (glicogenólise)

i. Glicogénio fosforilase

ii. Enzima desramificadora

Oligo (α1-»6)(α1-»4)glucotransferase

A regulação da gluconeogénese e da glicólise é feita de forma recíproca e coordenada

1. Glicogénio sintase

Coordena a disponibilidade de glucose

2. Glicogénio fosforilase

Responde às necessidades de glucose do organismo


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Via das pentoses fosfato

1. Oxidação da glucose por uma via biossintética

2. Produz NADPH necessário nas vias anabólicas e pentoses para a síntese de

nucleótidos

3. Permite o metabolismo de açúcares (pentoses) provenientes da dieta

4. Ocorre no citosol

5. Ocorre em duas fases:

i. Fase oxidativa – onde há formação de NADPH – é irreversível

ii. Fase não oxidativa – Formação de vários açúcares fosforilados – é reversível

Funcionamento das vias em função das necessidades específicas

1. Quando é necessária a síntese de nucleótidos:

Principal produto é a ribose-5-fosfato

2. Quando é necessário poder redutor na forma de NADHPH:

É favorecida a reciclagem de frutose de glucose

3. Para obtenção de energia:

São favorecidos os intermediários da via glicolítica

4. Utilização do NADPH

Reacções biossintéticas (redutivas)

-ex. síntese de ácidos gordos ou esteróides

Redução do peróxido de hidrogénio

Intermediários reactivos formados a partir do O2:

O2 --» O2---» H2O2--» 2OH---» 2H2O

Glutationa

Péptidos de importância biológica

1. Glutationa (tripéptido)

2. Hormonas peptídicas (hipófise e pâncreas)

i. Ocitocina (nanopéptido)

ii. Vasopressina (nanopéptido)

3. Péptido antibióticos (produzidos por microrganismos)

i. Penicilina

ii. Tirocidina (ciclodecapéptidos)


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Visão Geral dos Processos Catabólicos

1. São os nutrientes, principalmente glúcidos e ácidos gordos, que fornecem energia

necessária para sintetizar ATP

Glúcidos

1. Catabolismo da glucose para obtenção de energia

2. Utilização de outros monossacáridos

3. Obtenção de ribose, precursor biossintético

4. Utilização e formação de reservas glúcidas (Glicogenólise e Glicogénese)

5. Manutenção da glicemia (Glicogenólise e Neoglicogénese)

Ácidos Gordos

1. Catabolismo ácidos gordos (β-oxidação)

2. Síntese de ácido Palmitico

Glicólise

1. Entrada de glucose na célula

2. A glicólise é uma via metabólica central no metabolismo da glucose e outro açucares

3. É a única via para obter energia em alguns tecidos e tipos de células animais como

eritrócitos, medula renal, cérebro e espermatozóides…

4. Pode ocorrer em anaerobiose (fermentação) ou aerobiose (independente da presença

de O2)

5. Reacção global (após 10 reacções sucessivas):

a. Glucose + 2ADP + 2NAD+ 2piruvato + 2ATP + 2NADH

6. A glicólise requer um investimento em ATP (energia)

antes de ser produzido mais ATP e NADH, o que

divide a glicólise em duas fases

a. Fase de investimento

b. Fase de geração de energia

7. Fosforilação a nível do substrato

a. Quando um composto fosforilado de “elevada energia” transfere o fosfato (P)

para o ADP para formar ATP

b. Reacção catalisada por cinases


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8. Reciclagem do NAD+

a. Na presença de oxigénio, o NADH produzido na glicólise é regenerado a NAD+

pela respiração (transporte electrónico e fosforilação oxidativa) que ocorre na

mitocôndria

2NADH +2H+ + O2 2NAD+ + 2H2O

b. Na presença de quantidade limitante de oxigénio (hipoxia) ou em anaerobiose

a respiração não ocorre e a recuperação do NADH é feita pela redução de

piruvato a lactato, reacção catalisada pela enzima lactato desidrogenase.

2 piruvato + 2NADH 2 lactato + 2NAD+

c. A glicólise em anaerobiose é menos eficiente que em aerobiose:

2 ATP/32 ATP por molécula de glucose

Fermentação Láctica

1. Ocorre em condições de hipoxia como músculo esquelético muito activo, em células

de tecido canceroso…

2. Em bactérias lácticas

3. Ocorre em aerobiose em tecidos como retina, eritrócitos e cérebro

a. Permite a prossecução da glicólise

4. O lactato formado nos músculos activos pode ser reciclado no fígado pela via da

gluconeogénese

5. Outros glúcidos são catabolisados pela glicólise

Frutose

1. Origem na dieta

2. Músculos e rins

Frutose + ATP frutose-6-fosfato +ADP

3. No fígado

Galactose

1. Origem na dieta

2. Produto da hidrólise da lactose

Regulação da Glicólise

1. A regulação é necessária para manter constantes os níveis de ATP e o fornecimento de

precursores para as vias biossintéticas

2. A regulação do fluxo catabólico envolve a regulação da actividade de enzimas chave

através de mecanismos como regulação alostérica, controlo hormonal (via cascatas de

cinases), controlo pela disponibilidade de substrato ou modificação covalente

3. As enzimas reguladoras da glicólise são:

a. Hexocinase

b. Fosfofrutocinaste

c. Piruvato cinase

Hexocinase, Mg2+


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Hexocinase

1. Inibida pelo produto: glucose-6-fosfato

a. A glucose-6-fosfato acumula-se quando a actividade da glicólise é reduzida

(razão ATP/ADP elevada)

b. Tem elevada afinidade para a glucose (KM=0,1mM)

2. Glucocinase é uma isoezima hepática (e das células β do pâncreas) da hexocinase

a. Tem baixa afinidade para a glucose (KM=10mM)

Fosfofrutocinase

1. Regulada por efectores alostéricos que traduzem:

a. Estado energético da célula (ATP e AMP)

b. Condições intracelulares (pH)

c. Disponibilidade de intermediários para biossínteses assim como

disponibilidade de combustíveis alternativos como ácidos gordos e corpos

cetónicos (citrato)

d. Razão insulina/glucagon no sangue (F2, 6P)

e. Elevada glucose/baixa glucose

Piruvato Cinase

1. Regulada por efectores alostéricos que traduzem:

a. Estado energético da célula (ATP e AMP)

a.

b.

c.


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b. Actividade da enzima fosfofrutocinase (frutose 1,6 bifosfato)

(feed-forward)

c. Razão insulina/glucagon no sangue (modulação covalente)

Destinos do piruvato

Oxidação Aeróbia

1. A oxidação anaeróbia da glucose rende apenas 7% da energia potencial da glucose;

2. Utilizando vias metabólicas adicionais é possível recuperar muito mais energia:

a. O ciclo do ácido cítrico (ciclo de Krebs, ciclo dos ácidos tricarboxílicos);

b. Transferência electrónica (na cadeia respiratória)

c. Fosforilação oxidativa

Oxidação Aeróbia da Glucose - Oxidação do piruvato

1. Antes de entrar no ciclo de Krebs

a. Descarboxilação (perda de CO2)

b. Oxidação do grupo ceto a carboxílico

c. Activação, por ligação à CoA

2. Todas estas reacções ocorrem no complexo multienzimático, piruvato desidrogenase

a. Localiza-se na mitocôndria

b. É uma reacção irreversível

c. Utiliza como coenzimas a lipoamida, FAD, NAD, CoA e tiamina P (derivadas de

vitaminas do complexo B)

3. Piruvato + CoA + NAD+ acetil-CoA + NADH + H+ + CO2


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Regulação do complexo piruvato desidrogenase

1. Mecanismo alostéricos

a. Inibido por ATP, acetil-CoA e NADH (reflecte um estado energético favorável e

disponibilidade de ácidos gordos como combustível alternativo)

b. Estimulados pelas condições opostas (AMP, CoA, NAD+)

2. Modificação covalente reversível

a. Inibido por fosforilação reversível na subunidade E1. A cinase, responsável por

esta inibição é alostericamente estimulada dos [ATP] elevadas

Ciclo do Citrato ou Ciclo de Krebs

1. Etapa final do metabolismo de glúcidos, ácidos gordos e aminoácidos

2. Ciclo oxidativo que requer oxigénio

3. Fase intermédia do processo de respiração celular que se inicia com a entrada de

acetil-CoA, liberta 2 carbonos na forma de CO2 e armazena, temporariamente, na

forma de NADH e FADH2 a energia libertada pelas oxidações


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1. 2.5 ATP por NADH e 1.5 ATP por FADH2

2. Produtos dos ciclo de Krebs 4 ATP + 10 NADH + 2 FADH2

3. Ciclo do citrato tem também um papel central nas interconversões metabólicas (via

anfibólica)

4. As reacções anapletróticas têm como função repor intermediários no ciclo de Krebs

em vias biossintéticas

Regulação

1. A regulação é necessária para:

a. Manter constantes os níveis energéticos na célula

b. Assegurar a produção de intermediários

2. A regulação é feita através de 3 mecanismo

a. Disponibilidade de substratos (variam com o estado metabólico da célula)

b. Inibição enzimática por acumulação de produtos

c. Regulação alostérica

3. Que actuam ao nível de 3 enzimas:

a. Citrato sintase

b. Isocitrato desidrogenase

c. Α-cetoglutamato desidrogenase


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Fosforilação Oxidativa

1. A fosforilação oxidativa é a etapa final no processo de respiração celular onde a

energia obtida nas oxidações é a força motriz para a síntese de ATP

2. Neste processo há redução de O2 a H2O com os electrões doados pelo NADH e FADH2,

e síntese de ATP

a. Envolve o fluxo de e- através de uma cadeia de proteínas transportadoras

b. A energia livre libertada neste fluxo é acoplada ao transporte de H+ sendo

conservada com um gradiente electroquímico transmembranar (teoria

quimiósmotica)

c. O fluxo de protões, a favor do gradiente, fornece energia necessária à síntese

de ATP pela ATP sintetase

3. Os componentes da cadeia respiratória estão organizados na membrana por proteínas

reduz crescentes há libertação de energia


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Teoria Quimiósmotica

1. O transporte de e- provoca um movimento unidireccional de H+ para o espaço

intermembranar

2. O gradiente (potencial químico e eléctrico) é a força motriz para a síntese de ATP

3. Em alguns casos pode haver desacoplamento entre o transporte de electrões e a

reacção de fosforilação

a. São consumidas grandes quantidades de O2 sem produzir ATP

b. Ocorre no tecido adiposo castanho, devido à presença da termogenina (uma

proteína desacopladora)

c. Processo utilizado pelos recém nascidos e animais de hibernação

Regulação

1. A regulação da fosforilação oxidativa reflecte as necessidades de ATP da célula

2. É feita em função da disponibilidade de ATP que reflecte a razão ATP/ADP

Resumo de Bioquimica 1

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