BIOENERGTICA Metabolismo da Glicose Metabolismo se refere a

BIOENERGÉTICA

Metabolismo da Glicose Metabolismo: se refere a todas as reações químicas que ocorrem dentro de um organismo. As reações anabólicas e catabólicas ocorrem simultaneamente nas células. Nutrientes estocados Alimentos ingeridos Fótons solares Vias de reações catabólicas (exergônicas) outro trabalho celular Biomolécula s complexas Trabalho mecânico Trabalho osmótico Vias de reações anabólicas (endergônicas)

Objetivos: Objetivos Ø Compreender a Glicólise e a Oxidação do Piruvato, como etapas da respiração celular Ø Relacionar estas vias Metabólicas com a Produção de Energia Do Organismo

Introdução n A Níveis Macroscópicos. . . E a Nível Microscópico o que é que acontece?

- Células do cérebro (Cons. moderado), Energético - Glóbulos vermelhos (não possuem mitocôndrias, apresentam necessidades energéticas elevadas) GLICOSE

Definição: Glycolysis tem a sua origem no Grego em que glyk = Doce + Lysis = Dissolução Atualmente podemos definir Glicólise como a sequência reações que converte a Glicose Piruvato, havendo a produção Energia sob a forma de ATP a de em de

Onde Ocorre A Glicólise? Resposta: No Citoplasma das Células Pode Ocorrer Anaerobiose O produto final é Em Dois meios diferentes Aerobiose Piruvato que posteriormente é fermentado em Acido Láctico ou Etanol O produto final é o piruvato que depois, por processos posteriores à glicólise, é oxidado em CO 2 e H 2 O

Esquema Geral da Glicólise Glicose + NAD + 2 ADP + 2 Pi → 2 Piruvato + NADH + 2 ATP + 2 H 2 O 1 açúcar de 6 C 2 açúcares de 3 C A partir deste ponto as reações são duplicadas Saldo 2 moléculas de ATP 2 moléculas de Piruvato (3 C) 2 moléculas de NADH

Importância da Glicólise Principais Razões: 1 – Principal meio de degradação da Glicose 2 – Obtenção de Energia mesmo em condições Anaeróbias 3 – Permite a degradação da Frutose e da Galactose • Outras Razões: - Os tecidos têm necessidade de transformar a energia contida na glicose em ATP - A Glicólise é fundamental para a produção de Acetil-Co. A - A Glicólise foi um dos primeiros sistemas enzimáticos a ser esclarecido, contribuindo o seu estudo para a melhor compreensão dos processos enzimáticos e de metabolismo intermediário

Etapas Da Glicólise - A Glicólise divide-se em duas partes principais: 1 - Ativação ou Fosforilação da Glicose 2 - Transformação do Gliceraldeído em Piruvato

Fosforilizão da Glicose Nesta Primeira Fase temos: - Utilização de ATP (2 Moléculas) - Formação de 2 Moléculas de Triose-Fosfato: Dihidroxicetona Fosfato e Gliceraldeído 3 -Fosfato

• Glicose + ATP Glicose -6 -Fosfato + ADP A Glicose é uma molécula quimicamente inerte, assim para se iniciar a sua degradação é necessário que seja ativada Depois de entrar na Célula a Glicose é fosforilada pela Hexoquinase produzindo Glicose-6 -P pela transferência do Fosfato Terminal do ATP para o grupo Hidroxila da Glicose Reação irreversível Permite a entrada da Glicose no Metabolismo Intracelular dado que Glicose-6 -P não é transportado através da membrana Plasmática G a s t o d e E n e r g i a

• Glicose -6 - Fosfato Frutose -6 - Fosfato Ø Conversão da Glicose -6 - Fosfato em Frutose -6 - Fosfato pela Glicose-6 -P Isomerase G a s t o d e E n e r g i a

• Frutose -6 -P + ATP Frutose 1, 6 -Bi. Fosfato + ADP ∞ A Frutose -6 -P é Fosforilada a Frutose 1, 6 -Bifosfato pela Fosfofrutoquinase G a s t o d e E n e r g i a

• Frutose 1, 6 -Bi. Fosfato Gliceraldeído 3 -P + Dihidrocetona Fosfato × A Frutose 1, 6 - Bifosfato é dividida pela aldolase em duas trioses fosfatadas ficando cada uma com um fosfato × As duas trioses são: Gliceraldeído 3 -Fosfato e a Dihidroxicetona Fosfato G a s t o d e E n e r g i a

• Gliceraldeído 3 -P Dihidrocetona Fosfato Ø As Duas trioses são interconvertíveis por uma reação reversível catalizada pela Triose Fosfato Isomerase Ø A Aldolase e a Isomerase estabelecem equilíbrio assinalado no Esquema da Esquerda: Ø Só o Gliceraldeído é Substrato das reações seguintes, por isso o isômero assegura que todos os 6 Carbonos Derivados da Glicose podem Prosseguir na Via Glicolítica

Transformação do Gliceraldeído em Piruvato Nesta Segunda Fase temos: - Formação de ATP - Oxidação da Molécula do Gliceraldeído 3 -P - Redução do NAD+ - Formação do Ácido Pirúvico

• Gliceraldeído 3 -P + NAD + Pi 1 -3 Bisfosfoglicerato + NADH + H O Gliceraldeído 3 -P é Convertido num Composto intermédiário potencialmente energético Enzima: Gliceraldeído 3 -P Desidrogenase Grupo Aldeído (-CHO) oxidado em Grupo Carboxílico (-COOH) Grupo Carboxílico formado, forma uma ligação Anídrica com o fosfato O Grupo Fosfato deriva de um Fosfato Inorgânico O NADH intervirá na Formação de ATP P r o d u ç ã o d e E n e r g i a

ESTRUTURA DO NAD Nicotinamida adenina dinucleotídio NAD+ (oxidada) NADH (reduzida)

• 1 -3 Bisfosfoglicerato + ADP 3 -Fosfoglicerato Formação de ATP Enzima: Fosfoglicerato Quinase Fosforilação ao Nível do Substrato + ATP P r o d u ç ã o d e E n e r g i a

• 3 -Fosfoglicerato 2 -Fosfoglicerato O 3 -Fosfoglicerato é Isomerado a 2 Fosfoglicerato pela Fosfoglicerato Mutase P r o d u ç ã o d e E n e r g i a

• 2 -Fosfoglicerato Fosfoenolpiruvato + H 2 O Há Desidratação e redistribuição da Energia A Enzima Responsável é a Enolase P r o d u ç ã o d e E n e r g i a

• Fosfoenolpiruvato + ADP Piruvato + ATP P r o d u Ø Ultima Reação ç ã Ø É Catalizada pela Piruvato Quinase o Ø Reação Exorgónica Irreversível d Ø Transferencia do Grupo Fosfato do Fosfoenolpiruvato e E para o ADP n e Ø Produto intermédio r Enol-Piruvato que é g Convertido à forma Ceto i a Piruvato

Controle Da Glicólise A necessidade glicolítica varia de acordo com os diferentes estados fisiológicos O grau de conversão de Glicose para o Piruvato é regulado, de acordo com as necessidades celulares

O Controle a Longo Prazo da Glicólise, particularmente no fígado, é efetuado a partir de alterações na quantidade de Enzimas glicolíticas. Isto terá reflexos nas taxas de síntese e degradação O Controle a Curto Prazo é feito por alteração alostérica (concentração de Produtos) reversível das enzimas e também pela sua fosforilação. As enzimas de controle são as que catalisam as reações irreversíveis: - Hexoquinase - Fosfofrutoquinase - Piruvato quinase

O Piruvato pode seguir dois caminhos diferentes após a sua Formação, dependendo das conduções do meio: Ø Em condições Anaeróbicas: Anaeróbicas Formam-se produtos de Fermentação (Etanol e CO 2 no caso da fermentação Alcoólica; Ácido Láctico na Fermentação Láctica). Ø Em condições Aeróbicas: Aeróbicas Forma-se o Acetil-Co. A que vai entrar no Ciclo de Krebs

Fermentação • Feita por organismos anaeróbicos (o O 2 é tóxico e mortal para eles). • Os anaeróbios não possuem as enzimas responsáveis pelas reações químicas do ciclo de Krebs e da cadeia respiratória. • Outros organismos, como o levedo da cerveja ou a célula muscular possuem esse aparato enzimático, mas na falta de O 2 podem realizar a fermentação. São os anaeróbicos facultativos.

Quando esse processo não envolve consumo de oxigênio molecular e por isso é chamado de fermentação anaeróbica. A fermentação é um processo de transformação de uma substância em outra, produzida a partir de microorganismos, tais como fungos, bactérias, ou até o próprio corpo, chamados nestes casos de fermentos. Exemplo de fermentação: - açúcares das plantas em álcool, - processo de fabricação da cerveja (álcool etílico e CO 2) produzidos a partir do consumo de açúcares presentes malte - obtido através da cevada germinada. no

Tipos de fermentação e a respiração Fermentação Lática Glicose ácido lático + 2 ATP Fermentação Alcoólica Glicose álcool etílico + CO 2 + 2 ATP Fermentação Acética Glicose ácido acético + CO 2 + 2 ATP Respiração Glicose + O 2 CO 2 + H 2 O + 36 ou 38 ATP

Fermentação Lática ATP NADH Piruvato (3 C) Ácido lático 3 C Glicose (6 C) C 6 H 12 O 6 Piruvato (3 C) Ácido lático 3 C NADH Glicólise ATP NAD

Fermentação Alcoólica ATP NADH Álcool etílico 3 C Piruvato (3 C) CO 2 Glicose (6 C) C 6 H 12 O 6 CO 2 Piruvato (3 C) Glicólise Álcool etílico 3 C NADH ATP NAD

Fermentação Acética H 2 O ATP NADH 2 Piruvato (3 C) CO 2 Glicose (6 C) C 6 H 12 O 6 CO 2 Ácido acético 3 C Piruvato (3 C) NADH Glicólise Ácido acético 3 C ATP NADH 2 H 2 O

Respiração em célula eucariótica CITOPLASMA Glicose (6 C) C 6 H 12 O 6 GL ICÓ MITOCÔNDRIA 4 CO 2 2 CO 2 LIS E Ciclo de Krebs H 2 RI IA TÓ DE IRA CA ESP R Piruvato (3 C) A Saldo de 2 ATP 6 O 2 2 ATP Saldo de 32 ou 34 ATPs FASE ANAERÓBIA FASE AERÓBIA 6 H 2 O

Fermentação malolática MALATO PIRUVATO CO 2 NADH LACTATO NAD+ Transformação biológica que ocorre no vinho após a fermentação alcoólica. Microorganismos: Lactobacillus, Leuconostoc e Pediococcus Efeitos: Reduz a acidez fixa do vinho Estabiliza o vinho Aumenta o aroma do vinho

• Aqui, a quebra da glicose termina na glicólise. Não havendo O 2 ou não sendo possível utilizá-lo, outra molécula terá de receber os átomos de hidrogênio. • O produto final depende do aparato enzimático da célula e pode ser: álcool etílico, ácido acético, ácido lático ou ácido butírico.

• Aqui, a glicose não é totalmente oxidada a gás carbônico e água e a fermentação só libera 5% da molécula de glicose, produzindo apenas 2 ATPs.

Fermentação láctica • Os lactobacilos fermentam a glicose a ácido láctico, que coagula o leite, formando uma coalhada ou iogurte. • Esse ácido é formado quando os hidrogênios retirados da glicose são recebidos pelo ácido pirúvico. Fermentação láctica Após a Glicólise o ácido pirúvico é reduzido ao combinar-se com os hidrogenios transportados pelo NADH originando-se ácido láctico C 3 H 6 O 3. 2 C 3 H 4 O 3 + NADH -----> 2 C 3 H 6 O 3 + NAD+

Fermentação láctica no músculo • Se a célula muscular estiver em exercício rigoroso, mais fermentação láctica será realizada; • O produto final é o ácido láctico, que causa dor e fadiga muscular; • Este ácido láctico é depois conduzido pela corrente sanguínea até o fígado, onde será transformada em ácido pirúvico e este é transformado em glicose (gliconeogênese).

Fermentação alcóolica • Realizado pelo Saccharomyces cerevisae; • Aqui, o ácido pirúvico é descarboxilado antes de receber os hidrogênios do NADH + H+; • Assim, são produzidos gas carbônico e álcool etílico; • Se houver muito oxigênio, no entanto, a bactéria não realizará fermentação e não haverá formação de álcool para a cerveja e o champagne.