Aula 1 de Bioquimica II para o curso de C. Biológicas UENF 2014

2. - é o estudo de moléculas e reações
químicas que ocorrem nos organismos
vivos
-- é o estudo da estrutura, propriedades e modificações da
matéria nos sistemas vivos (biomatéria).
BIOQUÍMICA GERAL :
Biomoléculas
BIOQUÍMICA II:
Metabolismo

3. Julho
01 – Introdução ao Metabolismo
08 – Metabolismo de Carbohidratos I – Glicólise
15 – Metabolismo de Carbohidratos I – Ciclo do ácido cítrico
22 – Metabolismo de Carbohidratos I – Cadeia transportadora de elétrons e Fosforilação
oxidativa
29 – P1
Agosto
05 – Metabolismo de Carbohidratos II – Gliconeogênese
12 – Metabolismo de Carbohidratos II – Síntese e Degradação do Glicogênio
19 – Metabolismo de Carbohidratos II – Via das Pentoses-fosfato
26 – P2
Setembro
02 – Metabolismo de Lipídeos – Beta-oxidação
09 – Metabolismo de Lipídeos – Síntese de ácidos graxos
16 – P3
23 – Metabolismo de aminoácidos – Ciclo da uréia
30 – Integração do metabolismo
Outubro
07 – P4
14 – P final

5. * ATPs (Avaliação Teórica Presencial) e estudos dirigidos
valem nota
Bibliografia:
• Material novo do CEDERJ
• Bioquímica - Voet&Voet
• Bioquímica - Stryer
• Princípios de Bioquímica de Lehninger (David L. Nelson
& Michael M. Cox)

7.  Organismos vivos são complexos e altamente organizados;
 Organismos vivos são interdependentes;
 Estruturas Biológicas servem a propostas funcionais;
 Sistemas vivos tem notável capacidade de auto-replicação;
 Sistemas Vivos estão ativamente engajados em processos de transformação
de energia: eles se mantêm às custas de transformação da energia disponível
no seu ambiente;
 Reações biológicas ocorrem a temperatura, pressão e pH constantes, em um
ambiente aquoso.

8. 1. CarboidratosCarboidratos - baseados em 7 principais monossacarídeosmonossacarídeos
2. ProteínasProteínas - 5 × 106
, baseados em 20 aminoácidosaminoácidos
3. Ácidos NucleicosÁcidos Nucleicos - 1,000, baseados em 4 nucleotídeosnucleotídeos
4. LipídeosLipídeos - grupo heterogêneo, grande parte baseado em ácidos graxos.

10. Valina, Serina, Treonina, Isoleucina
Ácido Láurico, ácido mirístico, ácido palmítico
Fosfatidilcolina, fosfatidilserina
Trealose, Frutose, Arabinose, sacarose Galactose,
Manose, Fucose
Aconitase, Alfacetoglutarato desidrogenase,
hexoquinase, sacarase, lipase,

11. DIRECIONALIDADE,
INFORMAÇÃO
ARQUITETURA TRIDIMENSIONAL
mantida por LIGAÇÕES FRACAS;

12. COMPLEXIDADE,
ORGANIZAÇÃO,
INTERDEPENDÊNCIA,
FUNCIONALIDADE,
AUTO-REPLICAÇÃO,
TRANSFORMAÇÃO DE ENERGIA;

13.  A que “projeto” servem essas propriedades?
 Como são mantidas?
 Como são reguladas?
 Como o micro determina o macro?

14. Reducionismo
Fatores de Transcrição
População
Individuo
Orgão, Tecido
Fisiologia
Bioquímica Genes
Estrutura
Molecular
Seqüências
Gênicas
Sinalização
Cinética
Expressão
Gênica

15. Redução Reconstrução
Fatores de
Transcrição
População
Individuo
Orgão, Tecido
Fisiologia
Genes
Estrutura
Molecular
Seqüências
Gênicas
Sinalização
Cinética
Expressão
Gênica

16. Grande número de componentes
Grande número de processos
Processos são não-lineares
Mudanças quantitativas nos parâmetros causam
mudanças quantitativas nas respostas
Desafios de Reconstrução
(i.e., Biologia dos Sistemas:
Complexidade Organizacional

17. • Vários milhares de proteínas em E. coli
• 6,000 genes em S. cerevisiae
• 100 bilhões de componentes neuronais no cérebro
• Centenas de trilhões de interconecções entre os neurônios
• 5 octilhões* de átomos no corpo humano
5,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000

19.  Fotótrofos usam luz para
dirigir a síntese de moléculas
orgânicas
 Heterótrofos usam estas como
blocos de construção
 CO2, O2, e H2O são reciclados

20.  Energia que vem de fótons solares
altamente energéticos entram na biosfera
como luz visível e passam a existir como
calor que irradia de volta na superfície
gelada do espaço externo.
 Entre a energia que entra e a que sai,
fótons são capturados pela fotossíntese. É
o início do processo que gera toda a vida
no planeta.
6 CO2+ 6 H2O + energia solar -> C6H12O6 + 6 O2

22. Calor para aquecer o corpo,
não para o metabolismo
Energia eletromagnética
capturada pela fotossíntese
PRODUTORES
Plantas verdes
Substancias
essenciais abióticos
Solo, água e atmosfera
Água e
Oxigênio
Consumidores
Herbívoros
Carnívoros
Lixo
Energia dissipada
como calor
Dióxido de
Carbono
Quebra de
matéria
orgânica
Decompositores

23.  Centenas de reações enzimáticas organizadas em vias
metabólicas
 Substratos são transformados em produtos através de
muitos intermediários específicos
A soma das modificações químicas que ocorrem na
célula, que convertem nutrientes em energia e produtos
quimicamente complexos
Metabolismo

26.  Vias consistem de passos sequenciais:
 Ex: A B C D E F
Onde:
A é o substrato
F é o produto
B, C, D e E são os intermediários
Organização em Vias Metabólicas

28. As enzimas podem estar separadas ou
formar complexos multienzimáticos
Podem estar livres ou ser encontradas
como um sistema ligado à membrana
Existem indicações que os complexos
multienzimáticos sejam mais comuns
Enzimas catalisam cada reação de uma via
metabólica

29. A velocidade da reação
enzimática depende da
concentração de substrato
A afinidade de uma enzima pelo substrato é dada pelo Km
(constante de Michaelis)
Quanto maior o Km , menor a afinidade da enzima pelo
substrato.
O Km de uma enzima é a concentração de substrato
necessária para que a enzima atinja a metade da sua
velocidade máxima

30. A atividade de uma enzima pode variar em
função do pH e temperatura

31.  O metabolismo pode ser dividido em catabolismo e
anabolismo
 Catabolismo: vias degradativas
 Usualmente liberadoras de energia!
 Anabolismo: vias biossintéticas
 requeridoras de energia!

33.  Vias Catabólicas convergem a uns poucos
produtos finais
 Vias Anabólicas divergem para sintetizar
muitas biomoléculas
 Vias Anfibólicas servem tanto para o
catabolismo quanto para o anabolismo -

35.  Vias Anabólicas & Catabólicas envolvendo o mesmo produto
não são a mesma via!!!!!
 Alguns passos podem ser comuns a ambas….
 Outros podem ser diferentes - assegurar que cada via ocorra
espontaneamente
 Isto também permite mecanismos de regulação para desligar
um caminho e ligar outro.
 REGULAÇÃO É A PALAVRA CHAVE!!!!!!

36. A ATIVAÇÃO DE UM MODO É
ACOMPANHADA PELA INIBIÇÃO DO OUTRO
MODO
MODO
CATABÓLICO
MODO
ANABÓLICO
Passo
regulado
Passo
regulado
+
+

37. MODO
CATABÓLICO
MODO
ANABÓLICO

38.  Através de controle da expressão gênica
 Por modificação covalente
 fosforilação/defosforilação; ativação por proteólise,
 Através de reguladores
 Enzima alostérica
 Inibição por feedback
 Inibição competitiva
 Inibição não competitiva

39. Inibição competitiva Inibição não competitiva

41. A
T
P

42.  ATP é a moeda de energia das células
 Fotótrofos transformam energia luminosa em energia química na forma de
ATP
 Em heterótrofos, o catabolismo produz ATP, que dirige as atividades
celulares
 O ciclo do ATP carreia energia da fotossíntese ou do catabolismo, para os
processos celulares que requerem energia
ADP + Pi ATP

43. O ciclo do ATP

44.  NAD+
coleta os elétrons liberados no
catabolismo
 O Catabolismo é oxidativo - substratos
perdem equivalentes redutores, usualmente
íons H
 Anabolismo é redutor - NADPH fornece
poder redutor (elétrons) para os processos
anabólicos

46.  Proteína é uma fonte rica em nitrogênio e também fornece amino
ácidos essenciais
 Carbohidratos fornecem energia e componentes essenciais para a
síntese de nucleotídeos e ácidos nucleicos
 Lipídeos fornecem ácidos graxos essenciais que são componentes
chaves de membranas e também são importantes moléculas de
sinalização

47.  Muitas vitaminas são "coenzimas" - moléculas que possibilitam
uma química não usual no sítio ativo da enzima
 Vitaminas e coenzimas são classificadas como ”solúveis em
água" e ”insolúveis em água"
 As coenzimas solúveis em água participam de muitas reações
enzimáticas

48. Todas usam a adenina somente para ligar a
enzima!
 Classes de coenzimas:
 piridina dinucleotídeos
 flavina mono- e di-nucleotídeos
 coenzime A

49. Estas coenzimas são carreadoras de dois electrons
 Eles transferem o aníon hidreto (H-
) para e dos
substratos
 2 importantes coenzimas nesta classe:
 Nicotinamida adenina dinucleotideo (NAD+
)
 Nicotinamida adenina dinucleotideo fosfato (NADP+
)

51. Características estruturais e mecanísticas
 O nitrogênio quaternário do anel da nicotinamida atua como um
ralo de pia para os elétrons, o que facilita a transferência do
hidreto
 A tranferência de hidreto é sempre estereoespecífico!

53.  Nicotinamida foi primeiro isolada em 1937 por Elvehjem na
Universidade de Wisconsin
 Para impedir as confusões (e funções!), o nome niacina (de:
nicotinic acid vitamin) foi sugerido por Cowgill da Universidade
de Yale. (nicotinic acid, nicotinamide and nicotine)

54. Vitamina B2
 Todas essas substâncias contêm ribitol e uma
flavina ou um anel isoaloxazine
 Formas ativas são flavina mononucleotideo (FMN)
e flavina adenina dinucleotideo (FAD)
 FMN não é um nucleotídeo verdadeiro
 FAD não é um dinucleotídeo

56. Flavinas são agentes transferidores de um ou dois
elétrons
 O nome "flavina" vem do latim flavius que
significa ”amarelo"
 A forma oxidada é amarela, semiquinonas são
azuis ou vermelhas e a forma reduzida é sem cor

57. Ácido Pantotênico (vitamina B3) é um componente da
Coenzima A
 Funções:
 Ativação de grupos acil para transferência via ataque
nucleofílico
 ativação do alfa-hidrogênio do grupo acil por abstração
de um próton
 As duas funções são mediadas pelo sítio reativo que
apresenta o grupo SH- na CoA, que forma tioésters

58. adenina

59. Energia usada para o
crescimento e produção
do animal, incluindo
energia para se tornar
adulto, reproduzir e
estocar energia na forma
de gordura
CRESCIMENTO
O que e quanto do que o
animal come é convertido em
equivalentes de enrgia
ALIMENTO
ATIVIDADE
FEZES URINA
Quanto de energia é usada nas
atividades diárias. Pode ser
dividido em: metabolismo de
rotina energia usada para
movimento e manutenção do
corpo, encontrar o alimento,
escapar dos predadores, nadar
etc; e metabolismo de ação
dinâmica específica energia
usada para atividades
fisiológicas específicas
Quanto de energia é perdida na
forma de fezes. Alguns
alimentos são mais fáceis de
dif]gerir e produzem menos
fezes
Energia perdida na
forma de urina

60.  É o estudo das transformações de energia que ocorrem nos organismos
vivos.
 A primeira característica termodinâmica de um organismo é que ele não
é uma máquina usual.
 Ele é um sistema isotérmico, o que significa que nenhum trabalho pode
ser realizado por transferência de calor.
 Que tipo de máquina é então um organismo vivo?
 Harold Morowitz considera 4 tipos de máquinas:
Bioenergética
As três primeiras, a máquina de Carnot, a
máquina industrial e a célula química, são
todas dispositivos de equilíbrio. As duas
primeiras máquinas operam por
transferência de calor
A célula química e a quarta, ambas longe
do equilíbrio, são candidatas a modelos de
sistemas vivos

61.  Primeira Lei da Termodinâmica - energia não
pode ser criada nem destruída, mas pode
mudar de forma (ou qualidade).
∆H - entalpia
∆S - entropia
http://www.mech.northwestern.edu/courses/389.S02/images/Junge.mov

62. Segunda Lei da Termodinâmica - a entropia do
universo está constantemente aumentando

63. Energia Livre - energia que pode realizar trabalho
∆G = ∆H - T ∆S
 < 0 - espontanea
 0 - no equilíbrio
 > 0 - não espontanea

64. ∆Go
– a energia livre muda em condições
padrão (298 K, 1 M produto(s) and
reagente(s), 1 atm, pH 7)
∆Go
’ – em condições padrão a energia livre é
chamada de energia livre padrão.

65. Reações Enzimáticas Acopladas - duas reações,
uma espontânea e uma não espontânea, são
acopladas por uma enzima, permitindo que a
reação inteira seja espontânea

66. A reação de fermentação em um organismo que produz lactato como único
produto do metabolismo de glicose pode ser escrita como:
glicose <=> 2 lactato -47 kcal. mol-1
(-197 kJ. mol-1
)
A reação da glicólise no citoplasma pode ser escrita como:
glicose + 2 Pi + 2ADP <=> 2 lactato + 2ATP + 2H2
O
-32.4 kcal. mol-1
A diferença entre essas duas reações é:
2 x ( ADP + fosfato inorgânico (Pi) <=> ATP + H2O )
2 x 7.3 kcal. mol-1

67. Enzima marcadora –
Membrana plasmática – 5 – nucleotidase
Aparato de Golgi – Tiamina pirofosfatase; glicosil transferase
Membrana interna mitocondrial – citocromo oxidase
Membrana externa mitocondrial – monoamina oxidase
Lisossomo – fosfatase ácida
Retículo endoplasmático – glicose-6-fosfatase
Peroxissomo – catalase, ácido urico oxidase
Estruturas Celulares –
Glicólise – citoplasma
Ciclo do ácido cítrico - Mitocôndria
Síntese de Ácidos Graxos – citoplasma
Oxidação de Ácidos Graxos – mitocôndria

68. Erros inatos do metabolismo
Traçadores Radioativos
Organismos geneticamente manipulados

69.  Substratos marcados com uma forma
isotópica de algum elemento pode ser
introduzido em uma célula e usado para
elucidar sequências metabólicas
 Isótopos Radioativos: 14
C, 3
H, 32
P
 Isótopos “pesados” estáveis: 18
O, 15
N

70.  Organismos mostram uma similaridade marcante
em suas principais vias metabólicas
 Existem evidências de que toda vida descende de
uma forma ancestral comum
 Existe também uma diversidade significativa
 Autótrofos usam CO2; Heterótrofos usam carbono
orgânico; Fotótrofos usam luz; Chemótrofos usam
Glc, matéria inorgânica & S