1) O documento discute os processos metabólicos que ocorrem nas células, incluindo a glicólise, respiração celular, ciclo de Krebs e fosforilação oxidativa. 2) As células eucarióticas possuem organelos como mitocôndrias e cloroplastos que desempenham papéis importantes nos processos metabólicos. 3) A glicólise converte glicose em piruvato, gerando energia na forma de ATP.

1. Célula e metabolismo A célula é a unidade base de todos os seres vivos. Existem diferentes tipos de células, com diversos níveis de organização - eucarióticas e procarióticas; de entre as eucarióticas podemos distinguir entre células animais e células vegetais. As células podem apresentar especializações funcionais, mas em todas elas ocorrem processos metabólicos (obtenção e consumo de energia) e transcrição da informação que permite executar essas funções.

2. Célula e metabolismo (cont.)

3. Célula e metabolismo (cont.) O nível de complexidade das células procarióticas é mínimo, sem organelos individualizados e envolvidos por membranas. O seu material genético (ADN) não está contido num núcleo com membrana envolvente. Estas células incluem as bactérias e cianobactérias, situando-se numa posição inferior em termos de escala evolutiva. As células eucarióticas possuem um elevado nível de organização, apresentando uma série de organelos individualizados, envolvidos por membranas. A estrutura especializada no processo de respiração celular (obtenção de energia) é a mitocôndria. Na célula vegetal é no cloroplasto que ocorre o processo de fotossíntese. O material genético encontra-se organizado em cromossomas contidos no núcleo.

4. Bioenergética A bioenergética é o estudo dos processos para a obtenção, armazenamento e utilização da energia nos seres vivos. Os organismos autotróficos ou produtores (plantas) geram a energia de que necessitam através da captação da energia solar e do CO 2 atmosférico, convertendo-o em glucose (fotossíntese). Os organismos heterotróficos ou consumidores obtêm a sua energia através da ingestão de outros seres vivos, animais e plantas.

5. Bioenergética – conceitos de termodinâmica Energia livre de Gibbs (G) O estudo da variação deste parâmetro no decorrer de um processo químico permite-nos avaliar a forma como decorre esse processo. A variação desta grandeza é dada por: Δ G = Δ H - T Δ S Δ G – variação da energia livre Δ H – Variação da entalpia/calor da reacção T – Temperatura a que decorre o processo Δ S – Variação da entropia da reacção

6. Bioenergética – conceitos de termodinâmica (cont.) A partir do valor de Δ G de uma dada reacção podemos prever o que ocorrerá num determinado processo químico. A B Δ G < 0 – Reacção espontânea (formação de B) – exergónica (liberta energia). Δ G > 0 – Reacção não espontânea (formação de A) – endergónica (absorve energia).

7. Bioenergética – conceitos de termodinâmica (cont.) É possível relacionar Δ G com o equilíbrio de uma reacção. Essa relação pode ser expressa por: Δ G = Δ G º + RT ln ([B]/[A]) Como no equilíbrio Δ G = 0 Δ Gº = -RT ln K eq Δ Gº -Variação de energia livre padrão R – Constante universal dos gases (8,314 J K -1 mol -1 ) T – Temperatura K eq – Constante de equilíbrio da reacção (Energia Livre pq. está disponível)

8. Bioenergética – conceitos de termodinâmica (cont.) Relação entre Δ Gº e K eq: K eq >1  Δ Gº < 0 (eq. deslocado para a direita; predominam produtos). K eq = 1  Δ Gº = 0 (reacção está em equilíbrio, na condições padrão) K eq <1  Δ Gº > 0 (eq. deslocado para a esquerda; Predominam os reagentes). Condições padrão (º) – p=1 atm; T = 25ºC (298 K)

9. Metabolismo e fluxo energético

10. Metabolismo e fluxo energético (cont.) Metabolismo = Catabolismo + Anabolismo Catabolismo = Processo degradativos (produção de energia) Anabolismo = Biossíntese (utilização de energia)

11. Metabolismo e fluxo energético (cont.) Relação energética entre catabolismo e anabolismo

12. Metabolismo e fluxo energético (cont.) Anabolismo

13. Metabolismo e fluxo energético (cont.) A energia é obtida pelos organismos heterotróficos por meio da degradação de substratos energéticos (H.C., lípidos, proteínas). A energia libertada na decomposição destes substratos não fica livre nas células; é transferida para moléculas específicas que fazem o armazenamento dessa energia. Entre estas encontra-se, entre outras, o ATP (Adenosina Tri Fosfato). A energia assim armazenada é libertada quando a célula dela necessita para executar os seus processos anabólicos.

14. Metabolismo e fluxo energético (cont.)

15. Metabolismo e fluxo energético (cont.) O ATP funciona como um “crédito de energia” da célula. A sua hidrólise permite a libertação e disponibilização dessa energia. ATP  ADP + P i As reacções catabólicas diz-se que são convergentes (moléculas complexas  moléculas simples). Reacções anabólicas são divergentes (moléculas simples  moléculas complexas).

16. Processos bioenergéticos A glicose é o principal substrato energético para TODOS os seres vivos, pelo que os processos energéticos estão intimamente relacionados com este H.C. A sua oxidação é um processo energético C 6 H 12 O 6 + O 2  6CO 2 + 6H 2 O + Energia Outros açúcares constituem igualmente boas fontes de energia, assim como as gorduras.

17. Processos bioenergéticos (cont.) Os processos bioenergéticos são catalizados por enzimas específicas. A maior parte dos processos biológicos não ocorreria sem enzimas H.C., lípidos e proteínas são boas fontes energéticas pois os grupos carbonados podem sofrer oxidação. Os iões hidreto (H - ) libertados têm , para que o processo ocorra, que ser captados por uma espécie que se reduz (processo REDOX ). Esta espécie é o NAD+ (Nicotinamida Adenina Dinucleótido). Este processo é vital na transferência de energia na célula e é conhecido como transdução de energia , sendo a fosforilação oxidativa um destes processos.

18. Processos bioenergéticos (cont.)

19. Processos bioenergéticos (cont.) Outros transportadores de electrõres em processos oxidativos: FAD + (Flavina Adenina Dinucleótido) e NADP + (Fosfo Nicotinamida Adenina Dinucleótido). FAD + NADP +

20. Processos bioenergéticos (cont.)

21. Processos bioenergéticos (cont.) A degradação da glucose envolve a quebra da molécula de 6 carbonos em duas unidades de 3 carbonos. Este processo ocorre no citoplasma da célula e denomina-se GLICÓLISE (ou Via de Ebden-Meyerhof). Em condições aeróbias (na presença de O 2 ) forma-se o piruvato, seguindo o processo para o Ciclo de Krebs (ou Ciclo dos Ácidos TriCarboxílicos – TCA ou Ciclo do Citrato).

22. Processos bioenergéticos (cont.) Possíveis destinos da glucose: Respiração aeróbia Respiração anaeróbia (fermentação) – produz lactato (ou etanol no caso das leveduras) + CO 2 Síntese de glicogénio ou amido (armazenamento de glucose em animais e plantas, respectivamente) Síntese de ácidos gordos

23. Processos bioenergéticos (cont.) Glicólise

24. Processos bioenergéticos (cont.) A glicólise é uma sequência de 11 reacções catalizadas enzimaticamente, que se pode dividir em duas fases: Até à formação de 2 moléculas de gliceraldeído-3-fosfato com consumo energético de 2 ATP’s. Na segunda fase há produção de 4 ATP’s. O balanço energético é assim positivo (2 ATP’s).

25. Processos bioenergéticos (cont.) A glicólise, após a formação de piruvato, prossegue por duas vias dependentes da presença de O 2 : Na ausência de O 2 : Fermentação láctica (células musculares) ou alcoólica (leveduras) – Processos anaeróbios; Na presença de O 2 : O processo prossegue para o Ciclo de Krebs – Processo aeróbio.

26. Processos bioenergéticos (cont.) A fermentação, embora com menor rendimento energético, permite à célula um aporte de energia mais rápido do que o que ocorre no Ciclo de Krebs. É inibida pela presença de O 2 . Em condições aeróbias o consumo de glicose diminui, embora se produza mais ATP (C.K. mais eficiente). A glicólise é inibida pela produção de ATP (energia). Simultaneamente é favorecida a gluconeogénese e a síntese de glicogénio.

27. Processos bioenergéticos (cont.)

28. Processos bioenergéticos (cont.) O BPG formado é usado na regulação da libertação de O 2 nos tecidos pela Hb

29. Processos bioenergéticos (cont.) Quando há uma queda dos níveis de glucose no organismo ou quando as necessidades energéticas imediatas diminuem, é activada uma via de síntese deste composto, a partir do piruvato, glicerol e outros percursores – a GLUCONEOGÉNESE . Ocorre nas mitocôndrias e no citoplasma das células hepáticas. Não é um processo verdadeiramente inverso da glicólise, pois esta última inclui alguns passos não reversíveis. Utiliza, no entanto, substratos comuns.

30. Processos bioenergéticos (cont.) Gluconeogénese

31. Processos bioenergéticos (cont.) Enzimas envolvidas na glicólise

32. Glicólise vs. Gluconeogénese A glicólise e a gluconeogénese exercem um efeito de regulação mútua. As condições que favorecem um processo inibem o outro. Os factores envolvidos são de natureza: Alostérica (concentração de glucose); Ligações covalentes que se estabelecem; Controlo enzimático; Acção de hormonas. Se tal regulação não ocorresse os dois processos poderiam acontecer simultaneamente de forma descontrolada, sem benefício para o sistema e com um consumo energético desnecessário e desfavorável.

33. Glicólise vs. Gluconeogénese (cont.) Glicólise – Necessidade de energia e disponibilidade de glucose. Gluconeogénese – Necessidade de síntese de glucose para consumo energético ou síntese de glucose a partir do piruvato e de outros metabolitos em condições energéticas nas quais o organismo não necessita imediatamente de energia e que pode armazenar glucose (sob a forma de glicogénio).

34. Glicólise vs. Gluconeogénese (cont.) O CICLO DE CORI (estabelecido por Carl Cori e Gerty Cori) estabelece a relação entre a gluconeogénese, no fígado, e a glicólise, nas células musculares.

35. Glicólise vs. Gluconeogénese (cont.)

36. Via das pentose fosfato A via das pentose fosfato é um outro processo de metabolização da glucose. Ocorre no citoplasma e tem como objectivos principais: Produzir partículas redutoras (NADPH) necessárias para processos de síntese na célula; Fornecer à célula o composto Ribose-5-Fosfato (R5P) necessário à síntese de ácidos nucleicos. Compreende uma fase oxidativa e uma fase não-oxidativa.

37. Via das pentose fosfato (cont.)

38. Via das pentose fosfato (cont.)

39. Glicogenólise Consiste na mobilização do glicogénio para utilização de glucose com vista à produção de energia para a célula. Este processo é activado quando a disponibilidade de glucose é reduzida ou quando o seu fornecimento é insuficiente para as necessidades energéticas imediatas da célula (exº. Esforço físico intenso). Não é um processo inverso da síntese de glicogénio. É iniciado por estímulos hormonais: Em hipoglicémia (glucagon). Este processo é bloqueado pela insulina; Estímulos externos despoletados em situações de grande actividade (adrenalina, epinefrina).

40. A mitocôndria A mitocôndria é um dos mais importantes organelos celulares, sendo determinante para a respiração celular. Processa oxigénio e glucose que converte em energia sob a forma de ATP , o qual fornece à célula. Tendo como função a produção e libertação de energia, a mitocôndria está presente em grande quantidade nas células do sistema nervoso e do coração, uma vez que estas apresentam uma maior necessidade energética.