analise metabólica das substancias corporais.

1. INTRODUÇÃO AO
METABOLISMO CELULAR
BIOQUÍMICA GERAL E METABÓLICA
2º PERÍODO

2. Introdução ao Metabolismo
Metabolismo – é o conjunto das reações
bioquímicas que ocorrem em um organismo
Metabolismo energético
parte do metabolismo que diz respeito ao
armazenamento e utilização de energia
Metabolismo de lipídios
diz respeito a síntese e degradação de lipídios
Metabolismo de glicídios
diz respeito a síntese e degradação açúcares
A unidade do metabolismo é a via metabólica:
Cada via metabólica tem uma função
Para que serve na célula?
Cada via metabólica tem sua regulação
Como é ligada e desligada?
Cada via metabólica tem suas conexões
Com que outras vias se conecta?
Mapa
metabólico
v
v

4. Tipos de metabolismo
 Energético: fornece e armazena energia.
 Glicose (participa da respiração celular) produzindo
energia na forma de ATP.
 Lipídios e carboidratos também participam do
metabolismo energético.
 Plástico ou de Construção
 Relacionado à formação de novas células gerando
crescimento ou renovação de tecidos.
 As proteínas e os lipídios atuam nesse metabolismo
(membranas celulares são lipoprotéicas).
 Metabolismo de controle.
 O DNA controla todas as atividades celulares e também
produz o RNA, o qual produz as proteínas, como as
enzimas, que aceleram as reações do metabolismo.

5. Conjunto altamente organizado e complexo de
reações bioquímicas, catalisadas e reguladas por
enzimas.
Estas reações se organizam em sequências
enzimáticas denominadas VIAS METABÓLICAS.
O metabolismo celular, apesar de ser muito
complexo, possui vias metabólicas centrais.
Metabolismo Celular

6. Tipos
de
Vias
Metabólicas
S B C D P
VIAS LINEARES
Substrato
Inicial
Intermediários Metabólicos Produto
Final
B
S
C
D
P
E
Substrato Inicial
VIAS CÍCLICAS
Intermediários
Metabólicos
Produto
Final

7. Algumas vias metabólicas centrais:
Glicólise - oxidação da glicose para obter ATP;
Ciclo de Krebs - oxidação do acetil-CoA para obter energia;
Fosforilação oxidativa - síntese de ATP a partir da energia
liberada pelo transporte de elétrons na cadeia respiratória;
Via das pentoses-fosfato - síntese de pentoses e obtenção
de poder redutor para reações anabólicas.
Ciclo da uréia - eliminação de NH4
+
sob formas menos
tóxicas;
-oxidação dos ácidos graxos - transformação de ácidos
graxos em acetil-CoA, para utilização no ciclo de Krebs;
Gliconeogênese - síntese de glicose a partir de moléculas
mais pequenas, para utilização no cérebro.
Vias Metabólicas

8. Organização em vias metabólicas
As vias consistem numa sequência de passos catalisados por
enzimas;
Enzimas podem encontra-se separadas ou formar complexos
multienzimáticos ou formar sistemas associados a membranas.
Enzimas Separadas
Complexo multienzimático
Sistema ligado
à membrana

9. As vias metabólicas são reguladas em 3 níveis:
1- Controle alostérico reversível: Ex: A primeira reação de
muitas vias de biossíntese sofre inibição alostérica pelo último
produto da via;
2- Regulação hormonal: coordenam as relações metabólicas
entre tecidos diferentes;
3- Controle da velocidade de uma dada reação enzimática pela
regulação da concentração celular da enzima responsável pela
mesma: Em qualquer tempo, a concentração de uma enzima é
o resultado de um equilíbrio entre a sua velocidade de síntese
e sua velocidade de degradação.
Regulação do Metabolismo

10. S
C
D
R
Enzima 3
Enzima 2
Enzima 1
Enzima 6
Enzima 5
D
Q
Enzima 4
Síntese e degradação de
uma molécula não pode
ocorrer
simultaneamente numa
mesma célula ou tecido;
Para que as rotas sejam
controladas devem
utilizar enzimas distintas
e compartimentos
celulares diferentes.
Outra
rota
metabólica
Compartimento A
Compartimento B
P
P
Regulação do Metabolismo

11. Rotas oxidativas de substratos energéticos;
Rotas de armazenamento e mobilização de
substratos energéticos;
Rotas biossintéticas;
Rotas de detoxificação e excreção de resíduos.
Rotas Metabólicas

12. Termodinâmica
Energia
(Calor)
Trabalho
(movimento)
Máquina à vapor
Leis:
1ª Lei:
Princípio da conservação da
energia:
A energia não pode ser criada
nem destruída. Pode somente
mudar a forma ou o local em que
ela se apresenta
2ª Lei:
Princípio da “desordem
crescente”
Nos processos espontâneos há
uma tendência a aumentar o
grau de desordem. o universo
sempre tende para a desordem
crescente: em todos os
processos, naturais a entropia
do universo aumenta.
“Termodinâmica é o conjunto de princípios
que regem as transformações de energia”

13. Anabolismo e catabolismo
A energia utilizada pelo o ser humano para manter suas
atividades celulares, provém da modificação das moléculas
celulares. Esse processo nos chamamos de metabolismo.
Reações de síntese: São aquelas onde partículas simples são
unidas, para forma compostos mais complexos.
As reações onde as moléculas de aminoácidos se unem para
forma as proteínas é uma reação de anabolismo.
Reações de degradação: São aquelas que partículas mas
complexas são quebradas e transformada em compostos
simples.
As reações de degradação que ocorre na molécula de
glicogênio para forma a glicose é uma reação catabólica.

14. Metabolismo Celular
Catabolismo Anabolismo
Energia
Energia

15. Reações endergônicas e exergônicas
 A reação química é mudança em que um ou mais
compostos químicos, os reagentes, formam novos
tipos de compostos, os produtos.
 Reações endergônicas: São aquelas que a
quantidade de energia presente nas ligações
químicas do produto, são maiores que as do
reagente.
 Reações exergônicas: São aquelas que a
quantidade de energia presentes nas ligações
químicas dos reagente é maior do que as do
produto .

16. Mas seria muito complicado pra célula se ela usasse diretamente essas
fontes para conseguir energia, pois precisariam de muitas enzimas em seu
interior para poder quebrar as moléculas desses compostos e transformar
em energia. As células, sozinhas, teriam que ter uma quantidade enorme
de enzimas pra isso e seria um processo lento demais pra quantidade de
energia que as células precisam.
O que elas fazem então?
Elas convertem a energia presente nessas moléculas de carboidratos, assim
como proteínas e lipídios, em um único tipo de molécula de energia,
chamada de ATP.
Dessa forma, ao invés de ter de lidar com vários tipos de moléculas como
carboidratos, proteínas e lipídios, a célula lida só com uma, que é a ATP.
Ou seja, a função da Respiração Celular é transformar energia contida em
compostos orgânicos em ATP para este fornecer energia para a célula.
Nos alimentamos diariamente de inúmeros compostos orgânicos
como:
• Carboidratos
• Proteínas
• Lipídios
Que podem servir como fonte
de energia para as células.

17. Catabolismo X Anabolismo
Catabolismo é a fase de
degradação do
metabolismo em que
moléculas orgânicas de
nutrientes (carboidratos,
gorduras e proteínas) são
convertidos em moléculas
menores e mais simples:
produtos (como o ácido
láctico, CO2, NH3).
As vias Catabólicas
liberam energia. Parte
dessa energia é
aprisionada:
•na molécula de ATP
•nos transportadores de
elétrons (NADH, NADPH e
FADH2),
•o restante é perdida
como calor.
No anabolismo
(biossíntese) moléculas
complexas (lipídios,
polissacarídeos,
proteínas, ácidos
nucléicos) são
produzidos à partir de
precursores simples ;
As reações anabólicas
exigem uma entrada
de energia, geralmente
sob a forma :
 das ligações
fosfoanidrido do ATP
 do poder redutor do
NADH, NADPH e FADH2
Macromoléculas
•Proteínas
•Polissacarídeos
•Lipídeos
•Ácidos nucléicos
Anabolismo
Catabolismo
Nutrientes
•Carboidratos
•Gorduras
•Proteínas
Energia
química
Produtos
finais
•CO2
•H2O
•NH3
Moléculas
Precurssoras
•Aminoácidos
•Açúcares
•Ácidos graxos
•Bases nitrogenadas

18. As fases catabólicas e anabólicas do metabolismo
energético

19. Como a energia é armazenada na célula?
Nas ligações fosfato da molécula de ATP.

20. ATP
 ATP = Adenosina trifosfato
 Armazena nas ligações fosfatos a energia liberada
na quebra da glicose.
 Quando a célula precisa de energia para realizar
alguma reação química, as ligações entre os
fosfatos são quebradas, energia é liberada e
utilizada no metabolismo celular.

21. ATP – um carreador de grupamentos fosfato e de
energia quimica
Via glicolítica
Fosforilação
oxidativa
Biossínteses
Formação de gradientes (transporte)
Movimentação celular
Glicose
Piruvato
O2 + H+
+ e-
H2O
ATP
ADP + Pi
Fosforilações
Estrutura do Trifosfato de adenosina (ATP)
P
P
Ribose
Base
P
ATP
Pensando simples
Vias exergônicas
(oxidações)
Vias endergônicas

22. Como sistema ATP—ADP funciona
Quantidade
de
Energia
Contida na
molécula
P
fosfato
P
P
Ribose
Base
ADP
a
b
P
P
Ribose
Base
P
ATP
g
a
b
Quando o fosfato se liga ao ADP absorve
grande quantidade de energia, que fica
armazenada na forma de uma ligação de
alta energia ( )
Quando a ligação é
quebrada essa energia é liberada
Energi
a

23. Adenina
Pentose
Fosfato
A
NUCLEOSÍDEO
NUCLEOTÍDEO = AMP
(Adenosina Monofosfato)
ADP (Adenosina
Difosfato)
ATP (Adenosina
Trifosfato)
AMP , ADP & ATP

24. Aceptores intermediários de H
NAD (nicotinamida-adenina-dinucleotídeo);
FAD (flavina-adenina-dinucleotídeo)
São aceptores intermediários de hidrogênio,
ligando-se a prótons H+ “produzidos” durante
as etapas da respiração e cedendo-os para o
oxigênio, que é o aceptor final de hidrogênios.
Diferença entre NAD e FAD = quantidade de ATP que pode
ser produzida através de cada um / NAD = 3 moléculas / FAD
= 2 moléculas

25. NAD
FAD
REDUÇÃO
FAD
NAD
OXIDAÇÃO
H
REDUÇÃO
H
Quando examinamos uma molécula ou grupamento químico:
Oxigênio é um indicador de oxidação
Hidrogênio é um indicador de redução
O NAD+
e FAD+
recolhem elétrons libertados no catabolismo;
Catabolismo é oxidativo – substratos perdem H+
;
Anabolismo é redutivo - o NADPH e FADH fornecem elétrons para os processos
anabólicos.
H + H
H2

26. Um exemplo de reação redox
Lactato
(álcool)
Piruvato
(cetona)
Lactato desidrogenase
 Oxidação do lactato a piruvato:
 Desidrogenação:
dois elétrons e dois íons de hidrogênio (o equivalente a dois átomos
de hidrogênio) são removidos do C-2 de lactato, um álcool, para
formar piruvato, uma cetona.
 Nas células a reação é catalisada pela enzima lactato desidrogenase e
os elétrons são transferidos para um cofator chamado nicotinamida
adenina dinucleotídeo (NAD+
).

27. NAD
NAD (Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo)
H+
●¯ + H+
 Composto orgânico, forma ativa da coenzima B3;
 Encontrado nas células dos seres vivos;
 Transportador de elétrons nas reações metabólicas de oxirredução;
 Importante papel na produção de energia para a célula.

28. NADH e NADPH - transportadores solúveis de elétrons
No NADP este grupo
hidroxila
é esterificado com fosfato
P
P
Ribose
Base
Base
P
Fórmula esquemática
do NAD(P)+
+
NAD+
(NAD oxidado) NADH
(NAD reduzido)
nicotinamida
adenina
Capacidade de se oxidar e se reduzir
A nicotinamida é o grupamento funcional
Incorpora um íon hidreto (H2
-
)
Ribose

29. Funções do NAD e do NADP
NAD  oxidação de
combustíveis
NADP  biossíntese
Via glicolítica
Ciclo de Krebs
Oxidação de
ácidos graxos Cadeia de
transporte de
elétrons
NAD+
NADH
O2
H2O
Biossíntese
de lipídeos
Outras
biossínteses
Via das
pentoses
NADPH
NADP+
Glicose (C6)
Pentose (C5)
Vias Anabólicas
Vias Catabólicas
Outras vias
oxidativas

30. Deficiência em niacina causa a Pelagra
Pelagra – do italiano “pele áspera”
Sintomas (3 Ds)
•Dermatite
•Diarréia
•Demência
Nos EUA entre 1912 e 1916, 100.000
pessoas foram afligidas pela pelagra,
ocorreram 10.000 mortes
Em 1920 Joseph Goldberguer
mostrou que a pelagra era dívida à
uma deficiência nutricional
Em 1937 um grupo de pesquisadores
identificou a niacina como agente
curativo para essa doença
O ácido nicotínico foi produzido pela
primeira vez em laboratório à pratir da
nicotina, daí seu nome.
 Mas a ingestão de nicotina não tem
nenhum efeito curativo sobre a pelagra
Niacina
(ácido nicotínico)
Nicotinamida
Nicotina

31. FAD
FAD (Flavina Adenina Dinucleotídeo)
H+
H+
 Composto orgânico, forma ativa da coenzima B2;
 Capazes de aceitar reversivelmente 2 átomos de H+
, formando FADH2;
 Ligadas fortemente a flavoenzimas que catalisam oxidação ou redução de um
substrato.

32. FAD e FMN
transportadores de elétrons associados à proteínas
Isoaloxazina (flavina)
FADH• (FMNH• )
(Semiquinona)
FADH2 (FMNH2)
(Totalmente reduzido)
FMN
FAD
Flavina adenina dinucleotídeo (FAD) e
Flavina mononucleotídeo (FMN)
P
P
Ribose
Ribose
Base
Base
P
Ribose
Base
Pensando simples
FAD
FMN
Capacidade de
oxirredução
Flavina é o
grupamento
funcional
Incorpora H2

33. 1-Moléculas complexas são
quebrados até a formação
de seus blocos constituintes.
2- Oxidação das unidades
monoméricas até a
formação de ACETIL- CoA
3-Formação de ATP, NADH e
FADH2 a partir de ACETIL-
CoA
4- Síntese de ATP a partir de
NADH e FADH2

34. glicose
Ácidos graxos
aminoácidos
Ciclo de
krebs
Cadeia
transportadora
de elétrons
Fase 1 da
respiração
Oxidação de
substratos
energéticos
Fase 2 da
respiração
Produção de ATP a
partir da
fosforilação
oxidativa

35. Respiração Celular
 Processo pelo qual a glicose é degradada
em CO2 e H2O na presença de oxigênio.
 Rendimento  38 ATPs por molécula de
glicose quebrada.
 Daqui pra frente, é um resumão do que
será mostrado de forma mais detalhada
nas próximas aulas, ok.

36. Glicólise (Citosol)
Ciclo de Krebs ou Ciclo do ácido
cítrico ou Ciclo do ácido
tricarboxílico
(Mitocôndria)
Cadeia transportadora de
elétrons e Fosforilação
oxidativa
(Mitocôndria)

37. ETAPAS DA RESPIRAÇÃO NA MITOCÔNDRIA

38. Respiração Celular
 Fases:
 Anaeróbia (glicólise): não necessita de
oxigênio para ocorrer e é realizada no
citoplasma.
 Aeróbia (ciclo de Krebs e cadeia
transportadora de elétrons): requer a
presença de oxigênio e ocorre dentro das
mitocôndrias.

39. Respiração Celular
 Equação geral:
C6
H12
O6
+ 6O2
 6CO2
+ 6H2
O + 38 ATP

40. Mitocôndria
 Formada por 2 membranas.
 Membrana externa é lisa e controla a
entrada/saída de substancias da organela.
 Membrana interna contém inúmeras pregas
chamadas cristas mitocondriais, onde ocorre a
cadeia transportadora de elétrons.
 Cavidade interna é preenchida por uma matriz
viscosa, onde podemos encontrar várias
enzimas envolvidas com a respiração celular,
DNA, RNA e pequenos ribossomos. É nessa
matriz mitocondrial que ocorre o ciclo de Krebs.

41. Mitocôndria

42. Glicose - proveniente da dieta ou produção endógena é
degradada pelo organismo com o principal propósito de
liberar energia.
Glicólise aeróbica: é a degradação da glicose na presença de
O2, produto final o piruvato que é transportado para
dentro da mitocôndria para completar sua oxidação até
CO2 e H2, ativando o ciclo de krebs e a cadeia
respiratória.
Glicólise anaeróbica: degradação da glicose sem a
necessidade de O2, produto final ácido lático.
Utilizada quando exercícios rigorosos são realizados.

43. É a sequência metabólica de várias reações
enzimáticas, na qual a glicose é oxidada
produzindo:
2 moléculas de Ácido Pirúvico (Piruvato)
2 moléculas de ATP
2 equivalentes reduzidos de NAD+,
que serão introduzidos na cadeia respiratória ou na
fermentação.
GLICÓLISE
glicose + 2 NAD+
+ 2 ADP + 2 Pi
2 NADH + 2 ácido pirúvico + 2 ATP + 2 H2O

44. Funções da Via Glicolítica
 Transformar glicose em piruvato.
 Sintetizar ATP com ou sem oxigênio.
 Preparar a glicose para ser degradada totalmente em CO2
e H2O.
 Permitir a degradação parcial da glicose em anaerobiose.
 Alguns intermediários são utilizados em diversos
processos biossintéticos.

45. Glicólise
 Quebra da glicose em duas moléculas de
piruvato + NADH + ATP

46.  Após a formação dos ácidos pirúvicos eles entram na
mitocôndria, sendo atacados então por desidrogenases e
descarboxilases.
 Logo, são liberados CO2
, que são liberados pela célula e
hidrogênios que são capturados pelo NAD.
 O acetil formado combina-se com a Co-enzima A (Co-A) e a
nova molécula (Acetil-CoA) começa o ciclo de Krebs

47. Ciclo de Krebs
 Nomes: ciclo do ácido cítrico ou ácido tricarboxílico.
 Mentor: Hans Adolf Krebs, 1953.
 Local: matriz mitocondrial
 Procedimento:
◦ Piruvato  acetil : liberação de CO2 e H.
◦ Acetil  Acetil-coenzima A (acetil-CoA) : entra no ciclo
de Krebs.
◦ Ciclo de Krebs: liberação de CO2, ATP, NADH, FADH2
 Obs.: todo o gás carbônico liberado na respiração provém
da formação do acetil e do ciclo de Krebs.
 Todo carbono responsável pela formação do acetilCoA é
degradado em CO2
que é então liberado pela célula, caindo
na corrente sanguínea.

48. Coenzima A
ACETIL

49. Ciclo de Krebs
 São liberados vários hidrogênios, que são
então capturados pelos NAD e FAD,
transformando-se em NADH e FADH2
.
 Ocorre também liberação de energia
resultando na formação de ATP.

50. Ciclo de Krebs

52. Cadeia respiratória
 Função: formação de ATP
 Local: crista mitocondrial
 Procedimento:
Fosforilação oxidativa: transferência de
hidrogênios pelos citocromos, formando ATP e
tendo como aceptor final o oxigênio e a
formação de água
 Obs.: O rendimento energético para cada
molécula de glicose é de 38 moléculas de ATP.

53. Cadeia Transportadora de Elétrons
 Ocorre nas cristas mitocondriais.
 Também chamado de Fosforilação
Oxidativa.
 É um sistema de transferência de elétrons
provenientes do NADH e FADH2
até a
molécula de oxigênio.

54. Cadeia Transportadora de Elétrons
 Os elétrons são passados de molécula para
molécula presente nas cristas
mitocondriais chamados CITOCROMOS.
 Quando o elétron “pula” de um citocromo
para outro até chegar no aceptor final (o
oxigênio), ocorre liberação de energia que
é convertida em ATP.

55. Cadeia Transportadora de Elétrons

57. COMPONENTES DA CADEIA DE TRANSPORTE DE
ELÉTRONS
Complexo I
Complexo II
Ubiquinona (Coenzima Q)
Complexo III
Citocromo c
Complexo IV
Ubiquinona ou
Coenzima Q
Isoprenóide apolar que
se movimenta na
membrana da
mitocôndria
transportando elétrons

58. Resumindo
Resumindo...
...
 Glicólise: 2 ATPs + 2 NADH
 Formação do Acetil-CoA: 2 NADH + 2 CO2
 Ciclo de Krebs: 6 NADH + 2FADH2 + 2 ATPs
+ 2 CO2
 4 ATPs + 10 NADH + 2 FADH2:

59.  4 ATPs + 10 NADH + 2 FADH:
Cadeia Transportadora de Eletróns:
 NADH  3 ATPs
 FADH  2 ATPs
 10 NADH  30 ATPs
 2 FADH  4 ATPs
  4 ATPs
38
ATPs

60. ESTUDO DIRIGIDO
1.Defina metabolismo.
2.Diferencie catabolismo de anabolismo.
3.Quais as 4 etapas de degradação das moléculas alimentares?
4.Quais as duas fases da respiração celular?
5.Qual a função do ciclo de krebs, e o que é gerado a partir deste
ciclo?
6.O que é fosforilação oxidativa?
7.Quais são os componentes da cadeia transportadora de elétrons?