Baixe metab - bioener e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Florestal, somente na Docsity! Introdução ao metabolismo e considerações gerais sobre Bioenergética 1 - Revisão geral - metabolismo 2 - Energia livre G (Gibbs) 3 - Considerações sobre energia livre e reações químicas 4 – Energia livre padrão nos sistemas biológicos 5 - Energia livre de compostos celulares importantes 6 - Funcionamento geral do metabolismo Produção de energia As células e os organismos dependem de um suprimento constante de energia para manter suas funções vitais As células desenvolveram durante a evolução, mecanismos altamente eficientes para capturar a energia do sol, ou extraí-la de alimentos oxidáveis a ma Glicogênio a e SP ep p= e Glicose imo 1P Deri Z 5 Ao da hexose “e AR / UDP- su [ueia Ae LA) yW Xilulose 5-P Glidose 6-PwTu Glicose Sedoeptulose 7-P Frutose 6-P Frutose 1,6-diP Za Gliceraldeído EE E 1P Giiceraldeído ap” Diidroxiacetona-P Esquema Cem N 1,3 Disfosfoglicerato di Pe E ol WU geral do ie: Pre 2-Fosfoglicerato Frutose Eritrose 4-P Gliceraldeído 3-P Acil CoA graxa «— Ácidos E b ] . rei A t a Ea ao is Dele I Rc] metabolismo o ' NHs So, Sadr ” ES Pp do Malonil CoA aU r -! co, BZ Phe y “A prod me — My Carbamil-P Tp Lys Citrulina a ospi Ap B-Hidroxibutirato o a Gin E Argininossuccinato Ciclo de S Ornitina goremerm LS Q Pro uréia Ate a o ES Gu +— E co, Arginina so Succinil CoA + Metilmalonil CoA Uréia lle Met ———» Propionil CoA a a fHacem Coa Mr Acil CoA graxa (número ímpar de carbonos) Metabolismo: integração entre catabolismo e anabolismo Energy- containing nutrients Carbohydrates Fats Proteins Energy- depleted end products co, HO NHs Cell macromolecules Proteins Polysaccharides Lipids Nucleic acids Precursor molecules Amino acids Sugars Fatty acids Nitrogenous bases O Papel central da Acetil CoA no metabolismo Rubber Garotenoid Steroid pigments hormones Phospholipids Isopentenyl- Bile Va pyrophosphate > Cholesterol acids Triacylglycerols > Fatty acids A W W Mevalonate Vitamin K Cholesteryl Starch Alanine Phenyl- esters alanine t: Glycogen BP» Glucose > Pyruvate VI COA)| BD» Acetoacetyl-CoA Eicosanoids Sucrose Serine Leucine Isoleucine Fatty acids q Triacylglycerols Converging catabolism 1“ W (a) Citrate CDP-diacylglycerol 20)» Phospholipids Oxaloacetate y Diverging anabolism (b) / co, <<... Cyclic pathway (e) 2 Os organismos trocam energia e matéria com o meio ambiente Exemplo mecânico Perda de energia potencial Trabalho realizado Um objeto no alto de um plano inclinado apresenta uma certa quantidade de energia potencial devido á sua altura Quando o objeto desliza para baixo a sua energia potencial de posição pode ser acoplada para realizar uma certa quantidade de trabalho Variação de energia livre (G) Exemplo químico As moléculas apresentam uma certa quantidade de energia potencial química Parte desta energia pode ser utilizada para realizar trabalho Esta fração de energia, energia livre, é designada por G e a sua variação em uma reação é G G  0: Liberação de energia livre (exergônica) G  0: Introdução de energia livre (endergônica) G = 0: A reação está em equilíbrio Energia livre de Gibbs (G) Nos sistemas biológicos (temperatura e pressão constantes) as mudanças na energia livre (G), entalpia (H) e entropia estão relacionadas entre si pela equação: G = H - TS Uma reação é espontânea quando G é negativo Uma reação que apresenta G positivo (endergônica) não ocorre de forma espontânea, a menos que esteja acoplada a uma reação exergônica Variação padrão de energia livre (G’) A variação de energia livre (G) de uma reação química esta diretamente relacionada com a constante de equilíbrio (Keq) aA + bB cC + dD Keq = [C]c x [D]d [A]a x [B]b Em condições padrão: T = 25°C e reagentes e produtos inicialmente presentes em concentrações iguais a 1 M, a força do sistema em direção ao equilíbrio é definida como a variação de energia livre padrão (G) G = - RT lnKeq Entretanto, em bioquímica, a concentração de H+ é 10-7 M (pH 7) e da água é 55,5 M. E a G passa a ser G’ G’ = - RT lnK’eq Variação padrão de energia livre Relação entre G’ e K’eq das reações químicas Relação entre G’, K’eq e a direção das reações químicas em condições padrões K’eq G’ Condições padrão bioquímica Ocorre de forma direta Está no equilíbrio Ocorre de forma inversa aA + bB cC + dD Keq = [C]c x [D]d [A]a x [B]b G’ = - RT lnK’eq Introdução ao metabolismo e considerações gerais sobre Bioenergética 1 - Revisão geral - metabolismo 2 - Energia livre G (Gibbs) 3 - Considerações sobre energia livre e reações químicas 4 – Energia livre padrão nos sistemas biológicos 5 - Energia livre de compostos celulares importantes 6 - Funcionamento geral do metabolismo Lei da ação das massas A variação real de energia livre depende das concentrações de reagentes e produtos [C]c [D]d [A]a [B]b G = G’ - RT ln aA + bB cC + dD Keq = [C]c x [D]d [A]a x [B]b G’ é uma constante estabelecida nas condições padrões, entretanto a G depende das concentrações e temperatura realmente existentes durante uma reação química Uma reação pode ser espontânea mesmo com G’ positivo, desde que G seja negativo. Quando os produtos são imediatamente removidos, a relação ([produtos]/[reagentes]) pode ficar abaixo de 1 e RTln([produtos]/[reagentes]) pode assumir um valor grande e negativo Adenine Nucleotide, Inorganic Phosphate, and Phosphocreatine Concentrations in Some Cells* Concentration (mm) ATP ADP' AMP Rat hepatocyte 3.38 1.32 0.29 Rat myocyte 8.05 0.93 0.04 Rat neuron 2.59 0.73 0.06 Human erythrocyte 2.25 0,25 0,02 E. colicell 7.90 1.04 0.82 *For erythrocytes the concentrations are those of the cytosol (human erythrocytes lack a nucleus and mitochondria). In the other types of cells the data are for the entire cell contents, although the cytosol and the mitochondria have very different concentrations of ADP. PCr is phosphocreatine, discussed on p. 502. 'This value reflects total concentration; the true value for free ADP may be much lower (see Box 14-2). Introdução ao metabolismo e considerações gerais sobre Bioenergética 1 - Revisão geral - metabolismo 2 - Energia livre G (Gibbs) 3 - Considerações sobre energia livre e reações químicas 4 – Energia livre padrão nos sistemas biológicos 5 - Energia livre de compostos celulares importantes 6 - Funcionamento geral do metabolismo Grande variação de energia livre associada a hidrólise de outros compostos fosforilados Na hidrólise do fosfoenolpiruvato (PEP), os produtos piruvato e fosfato são estabilizados por ressonância O / CHs;—C Acetyl-CoA N, S-CoA H5O N hydrolysis CoASH BP CHs—C "o e resonance stabilization Acetic acid Acetyl-CoA + H;O — acetate + CoA + H'* AG'º = —32.2 kJ/mol Thioester Extra stabilization of O oxygen ester by resonance / CHs e S-R Oxygen y ester 5 E , resonance E Em 14 stabilization OH cf E AG for NV NS o thioester O—R O—R a hydrolysis ô E AG for oxygen ester hydrolysis O O / / CH—C + R—SH CH;—C + R—OH OH OH Reação real (a) Written as a one-step reaction Ccoo” Coo” HoN-CH ATP | ADP+P; HoN-GH Ha + NH, ESA GH je Es c Cc AN AN o o O NH, Glutamate Glutamine ATP ADP é» a au Na O O Enzyme-bound glutamyl phosphate (b) Actual two-step reaction Introdução ao metabolismo e considerações gerais sobre Bioenergética 1 - Revisão geral - metabolismo 2 - Energia livre G (Gibbs) 3 - Considerações sobre energia livre e reações químicas 4 – Energia livre padrão nos sistemas biológicos 5 - Energia livre de compostos celulares importantes 6 - Funcionamento geral do metabolismo As oxidações biológicas envolvem desidrogenação E gw Acetaldehyde H:C:C: H (aldehyde) , - “a Methane H:C:H 8 H TOA o HOH HH Acetone H:C:C:C:H Ethane H:C:C:H 7 Pretones H H (alkane) HH o H E Formic acid H: a a ú (carboxylie E, Ethene GG 6 acid) E O: (alkene) H' H H HH Carbon HO mts Ethanol E: Cc : C o :H 5 monoxide (alcohol) o E, dd Acetic acid H (O: (carboxylic HECIC. Acetylene rindo 5 id = MO: (alkyne) H:0:::C:H 5 acid) E Me H, . Carbon “OCO: Formaldehyde CURO; 4 dioxide “ ” H transporte de elétrons Membrana externa Ribossomos Matriz Membrana interna Cristas 1/2 O2 + 2H+ H2O NADH + H+ NAD+ Succinato Fumarato 4H+ 4H+ 2H+ Matriz Espaço intermembrana H H O PO O- O PO O- O N NH2 N N N HH HH O OH CH2 HO HH HH O OH CH2 HO O N C NH2   NADH H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+H + H+ H + H+ OH- OH-OH- OH- OH- H O PO O- O PO O- O N NH2 N N N HH HH O OH CH2 HO HH HH O OH CH2 HO O N C NH2 + NAD+ O NADH transfere os elétrons para complexos carreadores dispostos na membrana mitocondrial interna O fluxo de elétrons através da cadeia promove a extrusão de prótons Gera gradiente químico (pH) e gradiente elétrico () + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - Síntese de ATP: transporte energia NADH + H+ NAD+ Succinato Fumarato Matriz ADP + Pi ATP H2O 1/2 O2 + 2H + Cit c Espaço intermembrana F1 F0 H+ 4H+ 2H+ 4H+ P O HH H H O N N NH2 N N HO OH CH2P OHO O- O O- O ADP HPO4 2- + P O HH H H O N N NH2 N N HO OH CH2P OP O O- O O- O O- O -O ATP + H2O Ligações fosfoanidrido Ligações fosfoéster O gradiente eletroquímico de prótons gerado durante o transporte de elétrons é usado para síntese de ATP através do complexo ATPsintase Matriz Espaço intermembrana H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H + H+ Fo F1 Oxaloacetato Citrato Ciclo de Krebs (Carreadores de e- reduzidos) Estágio 2: oxidação de Acetil-CoA Nucleotídeos: carreadores e cofatoresEstági 1: produção d Acetil-CoA Glicose Ácidos Graxos Amino- ácidos Glicólise Piruvat o Complexo piruvato desidrogenase Acetil-CoA (Carreadores de e- reduzidos) Cadeia respiratória (transferência de elétrons) Estágio 3: Fosforilação oxidativa A maioria dos nucleotídeos encontram-se na sua forma polimérica, tanto DNA como RNA, cuja principal função é o armazenamento e a transferência da informação Entretanto, os nucleotídeos e seus derivados desempenham uma grande variedade de funções metabólicas não relacionadas com a informação genética