1) O documento discute os principais tópicos sobre o metabolismo, incluindo a glicólise, fermentação, destinos do piruvato, reações bioquímicas comuns e transferência de fosforil e ATP. 2) É explicado que a glicólise degrada a glicose em piruvato, gerando ATP e NADH, e o piruvato pode ser oxidado na mitocôndria ou reduzido a lactato. 3) A regulação do metabolismo e a importância da cooperação entre sistemas enzimáticos também

1. +
Bioquímica - Universidade Católica de Brasília
Metabolismo
Prof. Dr. Gabriel da Rocha Fernandes
Universidade Católica de Brasília
gabrielf@ucb.br - fernandes.gabriel@gmail.com
Monday, May 7, 12

2. + 2
O que devo saber ao fim desta
aula?
n Importância de sistemas multienzimáticos
n Como e por que acontece a regulação
n Reações bioquimicas mais comuns
n Funcionamento do ATP
n Transferência de elétrons
Monday, May 7, 12

3. + 3
Metabolismo - introdução
n Cooperação entre sistemas multienzimáticos.
n obterenergia através da energia solar ou nutrientes obtidos no
ambiente.
n converter moléculas de nutrientes em moléculas para uso da célula.
n polimerizar precusores monoméricos em macromoléculas.
n sintetizare degradar biomoléculas necessárias para as funções
celulares.
n Quanto ao metabolismo, os organismos podem ser:
n autotróficos - usam dióxido de carbono da atmosfera como fonte de
carbono.
n heterotróficos - obtem o carbono através de moléculas orgânicas do
ambiente.
n Ciclo do carbono, oxigênio e nitrogênio.
Monday, May 7, 12

4. + 4
Metabolismo - introdução
n Soma de todas as transformações químicas que ocorrem em
uma célula.
n Sériede reações catalisadas por enzimas formam uma via
metabólica.
n Cada etapa realiza uma pequena modificação química.
n Intermediários metabólicos - metabólitos.
n Catabolismo, éa fase de degradação do metabolismo. Libera
enertgia que pode ser armazenado em ATP ou perdida em
calor.
n Anabolismo, ou
biossíntese, fase em que precursores simples
formam moléculas mais complexas. Consomem energia.
Monday, May 7, 12

5. + 5
Anabolismo e Catabolismo
Monday, May 7, 12

6. + 6
Tipos de vias
n Lineares e ramificadas.
n Convergentes, divergentes e cíclicas.
Monday, May 7, 12

7. + 7
Regulação
n Anabolismo e catabolismo não acontecem simultaneamente.
n Existena via pelo menos uma enzima que atua somente no
catabolismo e uma exclusiva do anabolismo.
n Paraque a vias sejam irreversíveis, pelo menos uma reação
deve ser termodinamicamente muito favorável.
n A reação reversa necessitaria de uma enzima.
n Compartimentos diferentes: catabolismo de ácidos graxos na
mitocondria, e a síntese no citosol.
Monday, May 7, 12

8. + 8
Bioenergética e termodinâmica
n Células realizam trabalho constante.
n Precisam
de energia para manter estruturas, sintetizar
componentes, gerar corrente elétrica...
n Bioenergética => estudo quantitativo das relações de energia.
n Duas forças influenciam as reações químicas:
n Entalpia (H) - tendência de atingir o estado de ligação mais estável.
n Entropia (S) - tendência de atingir o mais alto grau de desordem.
n ∆G = ∆H - T∆S
n ∆G’o é a energia livre padrão. E a ∆G = ∆G’o + RT
ln([produtos]/[reagentes])
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9. + 9
Reações bioquimicas comuns
n Algumas reações podem simplesmente não ocorrer.
n Transformações quimicas muito lentas (mesmo com
catalisadores).
n Células executam reações nas vias metabólicas que contornam
essas reações “impossíveis”.
n Padrões na quimica da vida:
n criar/quebrar ligações C-C.
n rearranjos internos, isomerizações e eliminações.
n radicais livres.
n transferências de grupos funcionais.
n oxidação-redução.
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10. + 10
Principios químicos básicos
Monday, May 7, 12

11. + 11
Criar/quebrar ligações C-C
n Gera Carbânion e Carbocátion.
n Tão instáveis que geralmente sua formação como
intermediários é termodinamicamente inacessível.
n Auxíliona forma de grupos funcionais com átomos
eletronegativos (O e N).
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12. + 12
Classes de ligações C-C
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13. + 13
Rearranjos, isomerização e
eliminação
n Não alteram o estado de oxidação global da molécula
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14. + 14
Transferência de grupos
n Acil, glicosil e fosforil.
Monday, May 7, 12

15. + 15
Radicais livres
Monday, May 7, 12

16. + 16
Oxidação-redução
Monday, May 7, 12

17. + 17
Transferência de fosforil e ATP
n O ATP é a moeda energética dos sistemas
biológicos.
n ATP => ADP => AMP é reação exergônica.
n Hidrólisedo ATP gera mais calor do que
energia para a célula.
Monday, May 7, 12

18. + 18
Na vida real...
n Processo em duas etapas.
n Grupo fosforil, pirofosforil ou adenilato
do ATP é transferido para a molécula
de substrato ou resíduo de aminoácido
da enzima.
n Em seguida essa porção é deslocada.
n ATP participa covalentemente da
reação enzimática.
Monday, May 7, 12

19. + 19
Onde utilizar essa energia
n ATP fornece energia (tranferências de grupo) para reações
anabólicas.
n Sínteses de moléculas informacionais.
n Transporte de moléculas e ions pelas membranas.
n Potencial elétrico.
n Concentração de ATP muito acima das concentrações de
equilibrio das reações geradoras de energia do catabolismo.
n Tioéster também possui alto potencial de energia livre.
Monday, May 7, 12

20. + 20
Reações de oxidação e redução
n Transferência de eletrons é também uma das características
centrais do metabolismo.
n Perdade eletrons por uma espécie quimica que é oxidada, e
ganho de eletrons por outra espécie que é reduzida.
n Nossa fonte de elétros são compostos reduzidos (alimentos).
n Em duas espécies quimicas com diferente eletronegatividade,
os eletrons fluem espontaneamente.
n Fluxo de eletrons é exergonico, já que o oxigênio é mais
eletronegativo do que os intermediários transportadores de
elétrons.
Monday, May 7, 12

21. + 21
Oxidação e redução
n Na mitocôndria, enzimas de membrana acoplam o fluxo de
elétrons à produção de uma diferença de pH transmembrana.
n Reliza trabalhos osmótico e elétrico.
n O gradiente de prótons assim formado tem energia potencial.
n ATP-sintase usa a força proton-motriz para sintetizar ATP a
partir de ADP e Pi.
Monday, May 7, 12

22. + 22
Níveis de oxidação
Monday, May 7, 12

23. + 23
NAD e NADP
n Muitas reações de oxirredução são desoxigenações.
n Um ou dois átomos de hidrogênio (H+ e e-) são transferidos de
um substrato para um aceptor de hidrogênio.
n Envolvem transportadores especializados.
n NAD e NADP são coenzimas de muitas desidrogenases.
n NAD+ e NADP+ aceitam dois elétrons e um proton.
n CH3CH2OH + NAD+ => CH3CHO + NADH + H+
Monday, May 7, 12

24. +
Bioquímica - Universidade Católica de Brasília
Glicólise, fermentação, gliconeogênese
Prof. Dr. Gabriel da Rocha Fernandes
Universidade Católica de Brasília
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25. + 25
O que devo saber ao fim desta
aula?
n Importância da glicólise.
n Destinos do piruvato.
n Etapas da glicólise.
n Regulação.
n Gliconeogênese
Monday, May 7, 12

26. + 26
Indrodução
n Oxidação completa da glicose tem variação de energia livre
de -2840 kJ/mol.
n Amido e glicogênio permitem armazenar grandes quantidade
de hexoses sem alterar o equilíbrio osmótico da célula.
n Fonte de carbono.
n Em animais e vegetais:
n síntesede polissacarídeos complexos destinados ao ambiente
extracelular.
n armazenado nas células.
n oxidada a compostos de 3 carbonos.
n oxidada pela via das pentoses-fosfato.
n Produção de glicose por redução do gás carbônico
(fotossintétizantes) ou gliconeogênese (não fotossintetizantes)
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27. + 27
Glicólise
n Molécula de glicose degradada em uma série de reações
catalisadas por enzimas.
n Gera duas moléculas de piruvato.
n Parte da energia é conservada na forma de ATP e NADH.
n Glicose é a única fonte de energia metabólica em alguns
tecidos e células (eritrócitos, medula renal, cérebro...)
n Fermentação é um termo geral para a degradação anaeróbia
da glicose ou outros nutrientes para a obtenção de energia.
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28. + 28
Fase preparatória
n Glicose fosforilada no grupo hidroxil ligado ao C-6.
n D-glicose-6-fosfato é convertida a D-frutose-6-fosfato.
n D-frutose-6-fosfato fosforilada em C-1.
n ATP é o doador de fosforil para as duas reações.
n A frutose-1,6-bifosfato é divida em 2 moléculas de 3 carbonos:
diidroxiacetona fosfato e gliceraldeído-3-fosfato.
n Diidroxiacetona é isomerizada a mais uma molécula de
gliceraldeído-3-fosfato.
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29. + 29
Fase preparatória
Monday, May 7, 12

30. + 30
Fase compensatória
n Gliceraldeído-3-fosfato é oxidado e fosforilado por fosfato
inorgânico.
n Liberação de energia quando a molécula de 1,3-
bifosfoglicerato é convertida a piruvato.
n Energia conservada pela fosforilação acoplada de 4 ADP a ATP
n Energia também conservada sob a forma de NADH.
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31. + 31
Fase compensatória
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32. + 32
Destinos do piruvato
n Três rotas metabólicas.
n O piruvato é oxidado com a perda de seu grupo carboxil e
gera o grupo acetil da Acetil-CoA.
n O grupo Acetil é então completamente oxidado no ciclo do
ácido cítrico.
n Os elétrons dessas oxidações são transferidos ao oxigênio por
cadeia de transportes na mitocôndria.
n A energia liberada na transferência de elétrons impulsiona a
síntese de ATP.
Monday, May 7, 12

33. + 33
Destinos do piruvato
n Redução a lactato pela fermentação
lática.
n Acontece em baixas condições de
oxigênio (hipoxia).
n ONADH não pode ser reoxidado a
NAD+.
n Piruvato é reduzido a lactato,
recebendo os elétrons do NADH, e
reciclando o NAD+.
n O terceiro destino é a fermentação
alcoolica com formação de etanol.
Monday, May 7, 12

34. + 34
Importância dos intermediários
fosforilados
n Funções dos grupos fosforil dos intermediários da glicólise:
n A membrana não tem transportadores para açucares fosforilados. Isso
impede que os açucares saiam da célula mesmo com diferenças entre
as concentações intra e extracelular.
n Essenciais na conservação enzimática da energia metabólica. A glicose
conserva parcialmente a energia liberada pela quebra da ligação
fosfoanidro do ATP. Com isso doam grupos fosforil ao ADP.
n Energia de ligação resultante do acoplamento ao sítio ativo de enzimas
reduz a energia de ativação e aumenta a especificidade. Formam
complexos com o Mg+
Monday, May 7, 12

35. + 35
Fosforilação da glicose
n Forma glicose-6-fosfato
n Catalisada por hexocinase - irreversível.
n Cinase é a enzima que catalisa a transferência do grupo
fosforil terminal do ATP a um aceptor nucleofílico.
n Necessita de Mg+ que protege as cargas negativas do grupo
fosforil do ATP, tornando o átomo de fósforo um alvo mais fácil
para o ataque nucleofílico por um grupo OH da glicose.
Monday, May 7, 12

36. + 36
Conversão da glicose-6-fosfato
n Forma frutose-6-fosfato.
n Catalisada pela fosfo-hexose-isomerase - reversível.
Monday, May 7, 12

37. + 37
Fosforilação da frutose-6-fosfato
n Forma frutose-1,6-bifosfato.
n Catalisada por fosfofrutocinase-1
(PFK-1) , irreversível.
n Etapa “comprometida”, uma vez
que a frutose-6-fosfato é
fosforilada, ela deve ser destinada
a glicólise.
n Atividadeaumenta quando
suprimento de ATP está baixo ou
quando há o acúmulo de ADP e
AMP.
n Inibidaem altas quantidades de
ATP e ácidos graxos.
Monday, May 7, 12

38. + 38
Clivagem da frutose-1,6-bifosfato
n Produz gliceraldeído-3-fosfato e diidriacetona-fosfato.
n Catalisada por frutose-1,6-bifosfato-aldolase - reversível.
Monday, May 7, 12

39. + 39
Interconversão das trioses-fosfato
n Converte diidroxiacetona-fosfato a glicareldeido-3-fosfato.
n Catalisada por triose-fosfato-isomerase, reversível.
n Mecanismo similar ao da fosfo-hexose-isomerase.
Monday, May 7, 12

40. + 40
Oxidação do gliceraldeido-3-
fosfato
n Forma 1,3-bifosfogliceraldeido e NADH.
n Gliceraldeido-3-fosfato-desidrogenase, reversível.
Monday, May 7, 12

41. + 41
Transferência de fosforil para ADP
n Produz fosfoglicerato e ATP.
n Enzima é fosfoglicerato-cinase, reversível.
Monday, May 7, 12

42. + 42
Conversão de 3-fosfoglicerato
n Forma 2-fosfoglicerato.
n Catalisada por fosfoglicerato-mutase, reversível.
Monday, May 7, 12

43. + 43
Desidratação do 2-fosfoglicerato
n Produz fosfoenolpiruvato.
n Enzima é a enolase, reversível.
Monday, May 7, 12

44. + 44
Transferência de fosforil para ADP
n Forma piruvato e ATP.
n Enzima piruvato-cinase, irreversível.
n Necessita K+, Mg+ ou Mn+.
Monday, May 7, 12

45. + 45
Regulação
n Velocidade da glicólise aumenta em condições anaeróbias.
n Interaçãoentre consumo de ATP, regeneração de NADH, e
regulação PFK-1 e piruvato-cinase.
n Hormônios glucagon, adrenalina e insulina.
Monday, May 7, 12

46. + 46
Gliconeogênese
n Processo de múltiplas etapas em que glicose a produzida a
partir de lactato, piruvato, oxalacetatos, ou outros produtos do
ciclo do ácido cítrico.
n 7 etapas tem as mesmas enzimas da glicólise.
n Três etapas irreversíveis da glicólise são contornadas:
n conversão do piruvato em PEP via oxaloacetato, catalisada por piruvato-
carboxilase e PEP-carboxilase.
n desfosforilação da frutose-1,6-bifosfato pela FBPase-1.
n desfosforilação da glicose-6-fosfato pela glicose-6-fosfatase.
n Custo dispendioso: 4 ATP, 2 GTP e 2 NADH.
n A piruvato-carboxilase é estimulada por Acetil-CoA,
aumentado a gliconeogênese quando a célula tem ácidos
graxos.
Monday, May 7, 12

47. + 47
Gliconeogênese
Monday, May 7, 12