1

METABOLISMO ENERGÉTICO

2

METABOLISMO CELULAR

•Conjunto de reações químicas celulares altamente dirigido e coordenado, no qual muitos sistemas multienzimáticoscooperam para realizar quatro funções centrais:

Obter energia química

Converter moléculas dos nutrientes em moléculas utilizáveis pelas células (precursores monoméricos)

Polimerizar precursores monoméricos em proteínas, polissacarídeos, lipídeos, ácido nucléicos e outros componentes celulares

Sintetizar e degradar as biomoléculas necessárias para as funções celulares

•Metabolismo: vias metabólicas centrais são em pequeno número e similares em várias formas de vida (ex.: glicólise)

•Divide-se em:

Vias catabólicas: degradam os nutrientes em moléculas menores

Liberam energia e subunidades constitutivas

Vias anabólicas ou biossintéticas: síntese de todas as moléculas celulares

Usam energia liberada pelo catabolismo

METABOLISMO CELULAR

3

METABOLISMO CELULAR

METABOLISMO CELULAR•Todo ser vivo precisa de uma fonte química para obtenção de energia: composto orgânico

•De acordo com a forma de obtenção destes compostos orgânicos, os seres vivos são:

Autotróficos: CO2 do meio como fonte de C para biomoléculas; organismos fotossintetizantes (algas, plantas, cianobactérias e bactéria fotossint.) e quimiossintetizantes(algumas bactérias)

Heterotróficos: moléculas orgânicas complexas do meio como fonte de C (ingestão ou absorção); maioria bactérias, protozoários, fungos e animais

4

METABOLISMO CELULAR

Vida de todos os heterotróficos: energia armazenada nas ligações químicas de moléculas orgânicas feitas pelos organismos autotróficos e nos átomos liberados por elasPrincipal fonte energética das cadeias alimentares: SOLEnergia solar é incorporada à biosfera através da FOTOSSÍNTESEFotossíntese: conversão da energia eletromagnética→energia química (ligações)

METABOLISMO CELULAR

5

REAÇÕES DE OXIRREDUÇÃO

Células: oxidação da matéria orgânica em etapas (vias metabólicas enzimáticas)Oxidação: reação de remoção de e-

Redução: reação de adição de e-

Sempre ocorrem simultaneamente: no de e- é conservadoExemplo: respiração celularAçúcar oxidado a CO2 e H2OO2 é reduzido: H2O

6

REAÇÕES DE OXIRREDUÇÃO

METABOLISMO CELULARCélulas: obedecem a todas as leis físicas e químicasEnzimas: não tornam possíveis reações desfavoráveisComo as células fazem para resolver este impasse?ACOPLAMENTO DE REAÇÕES: reações energeticamente favoráveis liberam energia que éutilizada por reações energeticamente desfavoráveis

Reações energeticamente favoráveis ou espontâneas:

∆G negativo (exergônicas)•Reações energeticamente desfavoráveis ou não espontâneas:

∆G positivo (endergônicas)

7

METABOLISMO CELULAR

HIDRÓLISE SÍNTESE (CONDENSAÇÃO)

METABOLISMO CELULARCarreadores ativados: energia facilmente permutável Grupo químico que pode ser transferidoElétrons ricos em energia

Frequentemente chamados de COENZIMASMais importantes: ATP (adenosina trifosfato): mais abundanteSuprimento de energia para transporte ativo (MPs)Motores moleculares: células musculares

NADH (nicotinamida adenina dinucleotídeo reduzido)NADPH (nicotinamida adenina fosfato dinucleotídeoreduzido)

8

ATP

∆G: - 30,5 kJ.mol-1

(energia utilizável)

•Sintetizado a partir da fosforilação do ADP: reação altamente desfavorável do ponto de vista energético•Quando necessário, o ATP doa parte desta energia através da hidrólise desta ligação altamente favorável energeticamente falando: gera ADP + Pi

METABOLISMO CELULAR

9

Sistema ATP-CPATPFosfocreatina

Sistema Ácido lácticoVia glicolítica anaeróbia (fermentaçãohomoláctica)

Sistema AeróbicoRespiração celular (Ciclo de Krebs e Cadeia transportadora de elétrons)

SISTEMAS ENERGÉTICOS HUMANOS

Sistema ATP-CP

10

Sistema ATP-CP

• Condições anaeróbicas: utilização do glicogênio muscular e fígado, glicose sanguinea (não gorduras nem proteínas)

• Produção rápida de ATP• Importante em:

– Atividades mais longas que poucos segundos:• Creatina-P depletada/limitada

– Atividades muitos intensas para metabolismo aeróbico:• Demanda de oxigênio limitada

Sistema Ácido Láctico

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• Metabolismo aeróbico de carboidratos: – Glicólise, Ciclo de Krebs e Cadeia transportadora de elétrons

• Alta produção de ATP• Fonte primária de energia em atividades de altaintensidade: endurance (~< 30 min)

Respiração Aeróbica

METABOLISMO DE CARBOIDRATOS

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Papel dos carboidratos no organismo:metabolismo

energético e desempenho nos exercícios

Fonte de energia (ATP)Preservação das proteínasAtivador metabólicoCombustível para o Sistema Nervoso Central

METABOLISMO DE CARBOIDRATOS

CARBOIDRATOSCARBOIDRATOS

ALTA INTENSIDADECURTA DURAÇÃO

GLICOGÊNIO MUSCULAR

(e Sistema ATP-CP)

GLICOGÊNIOMUSCULAR

GLICOSE SANGUÍNEA

MÉDIA INTENSIDADELONGA DURAÇÃO

FÍGADO

METABOLISMO DE CARBOIDRATOS

13

METABOLISMO DE CARBOIDRATOS

GLICÓLISEGLICÓLISE•Fermentação alcoólica da glicose: explorada há séculos (panificação, vinhos, cerveja, etc.)

•1940: via completa da glicólise foi descritaGlicólise ou Via Glicolítica ou Via de de Embden-

Meyerhof-ParnasGlicólise ou Via Glicolítica ou Via de de Embden-

Meyerhof-Parnas

Seqüência de 10 reações enzimáticasSeqüência de 10 reações enzimáticas

Onde ocorre? Quais condições?Onde ocorre? Quais condições?

Glicose + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi→2 piruvato + 2 NADH + 2 ATP + 2 H2O + 4 H+

Glicose + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi→2 piruvato + 2 NADH + 2 ATP + 2 H2O + 4 H+

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GLICÓLISEGLICÓLISE

ESTÁGIO 1ESTÁGIO 1

Por que 2 estágios?

Produtos?

Reações?

Por que 2 estágios?

Produtos?

Reações?

ESTÁGIO 2ESTÁGIO 2

15

GLICÓLISEGLICÓLISE•Reação 1: transferência de um grupo P do ATP para a glicose

•Ativação da glicose: glicose-6-P (G6P)→reação irreversível

H O

OH

H

OHH

OH

C H2OH

H

OH

H H O

OH

H

OHH

OH

C H2OP O32−

H

OH

H

23

4

5

6

1 1

6

5

4

3 2

ATP ADP

Mg2 +

glicose glicose-6-fosfato-

Hexocinase

Por que fosforilar? Substratos da hexocinase? Inibidor? Papel do cofator Mg2+?

*Ponto controle VG

Por que fosforilar? Substratos da hexocinase? Inibidor? Papel do cofator Mg2+?

*Ponto controle VG

GLICÓLISEGLICÓLISE•Reação 2: conversão da G6P→frutose-6-P (F6P)

H O

OH

H

OHH

OH

C H2OP O32−

H

OH

H

1

6

5

4

3 2

C H2OP O32−

OH

C H2OH

H

OH H

H H O

O

6

5

4 3

2

1

Fosfoglicose IsomeraseG6P F6P

•Reação 3: fosforilação da F6P→frutose-1,6-bifosfato (FBP)

Por que?Por que?

C H2OP O32 −

OH

C H2OH

H

O H H

H H O

O

6

5

4 3

2

1 C H2O P O32 −

OH

C H2O P O32 −

H

O H H

H H O

O

6

5

4 3

2

1

A TP ADP

M g2+

frutose-6 - frutose -1,6 -bifosfato

Fosfofrutocinase

fosfato

**Ponto controle VG

**Ponto controle VG

16

GLICÓLISEGLICÓLISE•Reação 4: clivagem da FBP(6C)→1 gliceraldeído-3-P (GAP) + 1 diidroxiacetona-3-P (DHAP)

6

5

4

3

2

1CH2OPO32−

C

C

C

C

CH2OPO32−

O

HO H

H OH

H OH

3

2

1

C H2OPO32−

C

C H2OH

O

C

C

CH2OP O32−

H O

H OH+

1

2

3

FBP

Aldolase

Triosefosfato Isomerase (TIM)

DHAP GAP

Clivagem de aldol? Requerimentos?

Importância da reação 2?

Clivagem de aldol? Requerimentos?

Importância da reação 2?

•Reação 5: isomerização DHAP→ GAP

Balanço estágio 1?Balanço estágio 1?

GLICÓLISEGLICÓLISE

17

GLICÓLISEGLICÓLISE

GLICÓLISE: ESTÁGIO 1GLICÓLISE: ESTÁGIO 1

FOSFORILAÇÃO

ISOMERIZAÇÃO

FOSFORILAÇÃO

CLIVAGEM

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GLICÓLISEGLICÓLISE•Reação 6: formação do primeiro intermediário de “alta energia”

•Oxidação e fosforilação do (2) GAP por NAD+ e Pi→1,3-bifosfoglicerato (1,3-BPG)

•Energia de oxidação: conservada na forma de 1,3-BPG e no NADH

C

C

C H2OP O32−

H O

H OH

C

C

C H2OP O32−

O OP O32−

H OH+ Pi

+ H+

NAD+ NADH1

2

3

2

3

1

GAP

Gliceraldeído-3-P-desidrogenase

1,3-BPG

GLICÓLISEGLICÓLISE•Reação 7: primeira geração de ATP (fosforilação no nível do substrato)

•Transferência de um P do 1,3-BPG para o ADP→3-PG e ATP

C

C

C H2OPO32−

O OP O32−

H OH

C

C

C H2OPO32−

O O−

H OH

ADP ATP

1

22

3 3

1

Mg2 +

1,3-BPG 3-fosfoglicerato

Fosfoglicerato-cinase

Fosforilação no nível do substrato? Tipos?

Fosforilação no nível do substrato? Tipos?

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GLICÓLISEGLICÓLISE•Reação 8: conversão do 3-PG→2-PG

C

C

C H2OH

O O−

H OP O32−

2

3

1C

C

C H2OP O32−

O O−

H OH2

3

1

3-fosfoglicerato

Fosfoglicerato Mutase

2-fosfoglicerato

Diferença transferase e mutase?

Diferença transferase e mutase?

•Reação 9: desidratação do 2-PG→fosfoenolpiruvato (PEP)

C

C

CH2OH

O O−

H OPO32−

C

C

CH2OH

−O O

−

OPO32−

C

C

CH2

O O−

OPO32−

OH−

2

3

1

2

3

1

H+

2-PG enolato PEP

Enolase Fluoreto?Fluoreto?

GLICÓLISEGLICÓLISE•Reação 10: clivagem do PEP e síntese de ATP (acoplamento)

•Necessidade de cofatores: K+ e Mg2+; altamente exergônica

Piruvato cinase(PK)

Fosfoenolpiruvato (PEP)

Piruvato

*Ponto controle VG*Ponto

controle VG

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Geração de composto de “alta energia”

Fosforilação(NS)

Rearranjo

Geração de composto de “alta energia”

Fosforilação(NS)

GLICÓLISEGLICÓLISE

GLICÓLISEGLICÓLISE•Produtos:

1. ATP ESTÁGIO 1: 2 ATP/glicose (gastos)

ESTÁGIO 2: 4 ATP/glicose (gerados)

Saldo: 2 ATP/glicose

2. NADH: oxidação da glicose

ESTÁGIO 2: 2 NADH/glicoseDestinos?

3. PIRUVATO: oxidação parcial da glicose

ESTÁGIO 2: 2 piruvato/glicoseDestinos?

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