Introdução ao Metabolismo

UEZO - Centro Universitário Estadual da Zona Oeste Curso: TECNOLOGIA EM BIOTECNOLOGIA

Disciplina: Bioquímica IIProf. João Bosco de Salles

Ano: 2011ATP

O que é metabolismo ?

Por definição: - Processo geral por meio do qual os sistemas vivos adquirem e usam energia livre para realizarem suas funções.

O que é energia livre?

Existem duas formas de energia útil:

1- Energia livre (G) - porção da energia total de um sistema que está disponível para realizar trabalho a temperatura e pressão constantes.

2- Energia calorífica (H) ou entalpia - porção da energia total que pode realizar trabalho apenas através de mudança de temperatura ou pressão.

Mudanças na energia livre:

– Reações endergônicas –qualquer reação que requer entrada de energia

(Ex.: reações anabólicas)

– Reações exergônicas -qualquer reação que libera energia

(Ex.: reações catabólicas) Notável físico-matemático americano“Pai da termodinâmica”

Por que estudar o metabolismo?

• Conhecer a localização da via metabólica

• Seus substratos e produtos

• A velocidade de geração do produto final

• A regulação da via metabólica

• O rendimento da via metabólica

Anabolismo = processo de síntese – com gasto de energia = consumo de ATP

Catabolismo = degradação - produção de energia = ATP

Metabolismo em animais:

Aeróbico = presença de O2 = Mitocôndrias = [ ATP]

Anaeróbico = ausência O2 = Citoplasma = [ ATP]

ANABOLISMO x CATABOLISMO

ACOPLAMENTO DE VIAS METABÓLICA

ANABOLISMOCATABOLISMO

Metabólitos complexos

Produtos simples

Reações catabólicas

• Carboidratos

• Lipídeos

• Proteínas

Oxidação exergônica

Redução do oxigênio

Produção de CO2

ATP

O que são vias metabólicas?

• Uma série de reações enzimáticas relacionadas que

produzem produtos específicos.

Exemplos: via glicolítica (glicólise), ciclo do ácido tricarboxílico

(Ciclo de Krebs)...

- Existem mais de 2000 reações metabólicas conhecidas –cada uma catalisada por uma enzima

Importante: muitas vias são ramificadas e interligadas

QUAL A IMPORTÂNCIA DAS ENZIMAS NO METABOLISMO?

• Alta velocidade das reações

• Especificidade (evita a formação de produtos inúteis ou tóxicos)

• Propiciam o acoplamento de reações exergônicas e endergônicas

COMPARTIMENTALIZAÇÃO E INTERAÇÕES DE VIAS METABÓLICAS

CONTROLE DO FLUXO METABÓLICO

Controle rápido: segundos a minutos

- Controle alostérico (Ex.: retroalimentação negativa)

- Modificação covalente (Ex.: fosforilação X desfosforilação)

- Ciclos do substrato – velocidades diretas (Vd) e inversas (Vi) são controladas por diferentes enzimas

Controle lento: horas a dias

- Síntese protéica

Feedback negativo (retro-inibição)

Quando a célula produz quantidades grandes de um produto em particular, esse produto automaticamente inibe uma enzima da própria via.

Regulação enzimática porfosforilação X desfosforilação

COMPOSTOS DEALTA ENERGIA

- Compostos capazes de doar energia para diversasreações metabólicas ou ainda, transferir grupos fosfatos para outras moléculas

Trifosfato de adenosina

(1 Adenosina + 3 Fosfatos)

Por que o ATP é a principal

moeda energética celular?

ATPADP

FOSFOGLICERATO –CINASE

1,3-BIFOSFOGLICERATO

FOSFOENOLPIRUVATO

PIRUVATO-CINASE

Creatina fosfato – reserva de ATP(TECIDO MUSCULAR E NERVOSO)

CREATINA -CINASE

EXERCÍCIOFÍSICO

REPOUSO

Tipos de Exercício

• Aeróbio - Baixa

intensidade e

longa duração

• Anaeróbio - Alta

intensidade e curta

duração

Anaeróbio CP -ATP

Glicólise

AeróbioGlicóliseLipólise

Proteólise

Regeneração de ATP

Rendimento Energético

CP - ATP

CP-ATP

esforço máximo de 14 segundos

0

20

40

60

80

100

120

0 2 4 6 8 10 12 14

Tempo (s)

% d

o v

alo

r d

e r

ep

ou

so

ATP

CP

Exercício e Recuperação

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Tempo (minutos)

CP

(m

mo

l/K

g m

úsculo

)

100 metros rasos

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 20 40 60 80 100 120

Distância (m)

Ve

locid

ade

(K

m/h

)

(Pela Via Aeróbia)

Carboidratos

Cadeia Respiratória

NADH E-FMN

Q b

c1 c

a

a3

O2

FADH

ATP

ATP

ATP

Cálculo de Rendimento

Glicólise 2 ATP

Substrato1 x 2 = 2 ATP

NADH24 x 2 x 3 = 24 ATP

FADH21 x 2 x 2 = 4 ATP

Lançadeira de elétrons (NADH2) 2 x 3 = 6 ATP

Rendimento Energético

38 ATP / Glicose

Lipídios

-Oxidação

16C 14C 10C12C 8C 6C 4C 0C

AcCoA AcCoA AcCoA AcCoA AcCoA AcCoA

2AcCoA

FADH2

NADH2

FADH2

NADH2

FADH2

NADH2

FADH2

NADH2

FADH2

NADH2

FADH2

NADH2

FADH2

NADH2

Balanço Energético

Ativação - (- 2 ATP)

β-oxidação - 7 x 5 ATP = + 35 ATP

C. Krebs - 8 x 12 ATP = + 96 ATP

Total = + 129 ATP / Palmitato

1 Palmitato = 129 ATP

1 Glicose = 38 ATP

X

POR QUE TÃO GRANDE DIFERENÇA?

SISTEMA ANAERÓBIO LÁTICO

Produção de ATP:

Glicose: 2 moléculas

Quandoocorre?

Contribuição da Produção Aeróbia e Anaeróbia de ATP durante o exercício

máximo

Tempo Segundos Minutos

% 10 30 60 2 4 10 30 60 120

ProduçãoAeróbia

10 20 30 40 65 85 95 98 99

ProduçãoAnaeróbia

90 80 70 60 35 15 5 2 1

Sistemas

Alimento ou

Combustível Químico

VelocidadeProdução de

ATP

ATP-CP Fosfocreatina Mais rápida Pouca/limitada

Anaeróbio Lático

Glicogênio

(glicose)Rápida Pouco/limitada

Aeróbio CHO,GO,PO Lenta Muita/ilimitada

CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS SISTEMAS DE PRODUÇÃO DE ATP

“ SE PUDERMOS DAR A CADA INDIVÍDUO

A QUANTIDADE EXATA DE NUTRIENTES

E DE EXERCÍCIO, QUE NÃO SEJA

INSUFICIENTE NEM EXCESSIVA,

TEREMOS ENCONTRADO O CAMINHO

MAIS SEGURO PARA A SAÚDE.”

Hipócrates (c. 460 – 377 a.C.)