ENERGIA E METABOLISMO O que energia O estado

ENERGIA E METABOLISMO O que é energia? O estado da energia: potencial e cinética. O estudo da energia – a termodinâmica O que é bioenergética? O fluxo de energia nos seres vivos

A) Energia potencial B) Energia cinética Energia potencial e cinética. A) Objetos que têm a capacidade de se moverem mas não estão se movendo possuem energia potencial. A energia necessária para levar a bola ao topo da colina fica armazenada como energia potencial; B) Objetos em movimento possuem energia cinética. A energia armazenada é liberada como energia cinética a medida que a bola desce a colina.

A ENERGIA NOS SISTEMAS VIVOS A energia vem do sol – atingem a Terra 40 milhões de bilhões de calorias por segundo Fotossíntese – armazena energia em forma potencial nas ligações químicas A energia contida nessas ligações pode ser transferida para novas ligações através de reações de óxido-redução.

Uma reação de óxido redução. As células utilizam substâncias como o NAD+ para as reações de óxido-redução. Elétrons energéticos são freqüentemente pareados com um próton em um átomo de hidrogênio. Moléculas que ganham esse elétron são reduzidas e as que perdem são oxidadas. NAD+ oxida moléculas ricas em energia reduzindo-se ao ganhar seus hidrogênios. O NADH pode então reduzir outras moléculas cedendolhes o hidrogênio.

Reação Redox. Oxidação é a perda de um elétron; redução é o ganho de um elétron. Neste exemplo, as cargas das moléculas A e B são mostradas em pequenos círculos acima da figura. A molécula A perde energia quando perde um elétron, enquanto que a molécula B ganha energia quando ganha um elétron.

AS LEIS DA TERMODIN MICA Todas as transformações de energia no Universo são regidas pelas leis da termodinâmica I – A energia total do Universo é constante, portanto, ela só pode ser transformada de uma forma para outra, não pode ser nem criada nem destruída. II – A disordem (entropia) no Universo está sempre aumentando. A energia só se transforma espontaneamente de uma energia de “alta qualidade” para de “baixa qualidade”, ou seja, de uma forma mais ordenada para uma menos ordenada.

ENERGIA LIVRE Energia nas ligações químicas. A) em uma reação endergônica, o produto da reação contém mais energia do que os reagentes; B) Em uma reação exergônica, os produtos contém menos energia do que os reagentes, sendo o excesso de energia liberado.

ENERGIA DE ATIVAÇÃO Energia de ativação e catálise. a) Reações exergônicas não necessariamente ocorrem rapidamente, pois necessitam energia para desestabilizar as ligações químicas. Essa energia extra é chamada de energia de ativação para a reação; b) Catálise acelera reações específicas diminuindo a energia de ativação necessária para iniciar a reação.

ENZIMAS Anidrase carbônica – enzima que cataliza a transformação de CO 2 em ácido carbônico no sangue. Esta é uma reação exergônica mas que precisa de uma alta energia de ativação. A enzima acelera a reação em 10 milhões de vezes. Cerca de 70% do CO 2 transportado pelo sangue é na forma de íon bicarbonato.

COMO AGEM AS ENZIMAS Como a enzima lisosima funciona. a) um sulco na lisosima encaixa-se com a forma de um polissacarídio que forma a parede celular de uma bactéria; b) ao se encaixar o polissacarídio induz a enzima a alterar sua forma e se ajustar mais precisamente. Esse ajuste faz com que um ácido glutâmico da enzima se encaixe entre duas ligações de açúcares. O ácido sequestra um elétron da ligação e a molécula quebra.

O ciclo catalítico de uma enzima.

ENZIMAS PODEM TER MUITAS FORMAS A enzima piruvato desidrogenase. A enzima (modelo a) que facilita a oxidação do piruvato é uma das mais complexas enzimas conhecidas – ela tem 60 subunidades, muitas das quais podem ser vistas na fotografia eletrõnica (b) com aumento de 200. 000 X.

Diversos fatores afetam a atividade enzimática. As enzimas são sensíveis ao meio onde estão. A atividade das enzimas são influenciadas principalmente pela temperatura (a) e pelo p. H (b).

Co-fatores. Como a enzima pode ser inibida. a) inibição competitiva, o inibidor interfere com o sítio ativo; b) inibição não competitiva, o inibidor se liga a um outro sítio que modifica a conformação do sítio ativo.

Estrutura química da nicotinamida adenina dinucleotídio (NAD+). Esse cofator chave é composto de dois nucleotídeos, NMP e AMP, ligados cabeça com cabeça.

O que é o ATP? a) O modelo e b) o diagrama da estrutura mostra que tal como o NAD+, o ATP tem um núcleo de AMP. No ATP o grupo reativo adicionado ao final do grupo fosfato do AMP não é um outro nucleotídeo mas uma cadeia adicional de 2 grupos fosfato. As ligações que conectam esses dois grupos fosfato um ao outro e ao AMP são as ligações que armazenam energia.

Os caminhos bioquímicos: as unidades organizacionais do metabolismo O total das reações químicas de um organismo é chamado de metabolismo – as reações que gastam energia para fazer ou transformar ligações químicas são chamadas de anabólicas, e as que obtém energia quando as ligações são rompidas são as catabólicas. Existem milhares de enzimas envolvidas no metabolismo. Muitas ocorrem em uma seqüência que recebe o nome de “caminho metabólico” ou “via metabólica”, muitas vezes em um local específico da célula.

Uma via metabólica. O substrato original é modificado por uma enzima 1; este é então reconhecido por uma enzima 2 que o transforma novamente para ser reconhecido por uma enzima 3. O processo segue até o produto final.

Como as vias metabólicas são reguladas? Mecanismos de retroalimentação (feedback).

A Evolução do Metabolismo Degradação – a forma mais primitiva; Glicólise – o segundo maior evento na evolução; Fotossíntese anaeróbica; Fixação do Nitrogênio; Fotossíntese formadora de oxigênio; Respiração aeróbica

Os heterótrofos dependem da energia das ligações químicas do alimento que ingerem para fornecer energia para seus processos vitais.

Respiração celular Aeróbica e anaeróbica Adenosina trifosfato ou ATP é a “moeda” da célula As células usam ATP para todas suas atividades que requerem trabalho e para reações endergônicas.

Estrutura da molécula de ATP. O ATP é composto por uma base orgânica e uma cadeia de fosfatos. Note que as regiões carregadas da cadeia do fosfato estão próximas umas das outras. Essas cargas tendem a se repelir umas às outras, dando às ligações que as mantém unidas uma energia potencial de transferência particularmente alta.

Como o ATP dirige uma reação endergônica. Em muitos casos, um grupo fosfato do ATP se quebra e ativa uma proteína, que cataliza uma reação endergônica.

O processo de fermentação alcóolica e com formação do ácido lático. Na glicólise anaeróbia 2 ATPs são usados para fosforilar a glicose. Nas cinco primeiras reações a molécula de glicose é convertida a G 3 P. Nas cinco reações seguintes o G 3 P é convertido a piruvato. Na presença de oxigênio este é conduzido ao ciclo de Krebs, e na respiração aeróbia forma-se ácido lático que pode ser posteriormente oxidado. Durante o processo são gastos dois ATPs e formados quatro, com um ganho de 2 ATPs. (São formados também dois NADH que originam 4 ATPs)

Catabolismo da Glicose Fosforilação ao nível do substrato – Algumas moléculas como o fosfoenolpiruvato possuem um fosfato de alta energia, que pode ser transferido para o ADP, enzimáticamente.

A respiração aeróbia: na respiração aeróbia a célula obtém energia da molécula de glicose em uma seqüência de quatro vias principais: glicólise, oxidação do piruvato, o ciclo de Krebs e a cadeia de transporte de elétrons. O oxigênio é o receptor final do oxigênio. Na respiração anaeróbia os elétrons são transferidos para outros compostos orgânicos.

Esse diagrama mostra como o ATP é formado quando os elétrons são transferidos de um nível de energia para outro. Em vez de liberar a energia de uma vez, os elétrons caem gradativamente, liberando energia a cada queda para os receptores mais eletronegativos.

A cadeia de transporte de elétrons. Elétrons de alta energia das moléculas catabolizadas são transportados (setas vermelhas) por carregadores de elétrons móveis (as ubiquinonas e os citocromos c) ao longo de uma cadeia de proteínas de membrana. Três proteínas usam partes da energia dos elétrons para bombear prótons fora da matriz da mitocôndria para o espaço entre membrana. Os elétrons são finalmente doados para o oxigênio que se transforma em água.

Quimiosmose – NADH transporta elétrons de alta energia para as bombas de prótons que usam essa energia para enviar os prótons para fora da matriz da mitocôndria. A concentração dos prótons no espaço entre as membranas aumenta, induzindo-os a retornarem para a matriz. Muitos dos prótons passam através de canais que acoplam sua re-entrada à produção de ATP.

Formação do ATP durante o ciclo de Krebs e a cadeia de transporte de elétrons. O processo se inicia com o piruvato, produto da glicólise, e termina com a síntese do ATP.

Ganho total teórico de ATP – a energia armazenada no ATP representa mais da metade da energia contida nas ligações químicas da glicose.

Controle do catabolismo da glicose. Os níveis relativos de ADP e ATP controlam a via catabólica em dois pontos principais, na glicólise e no ciclo de Krebs.

Todos os eucariontes e muitos procariontes extraem energia das moléculas orgânicas oxidando-as. Primeiro estas são quebradas em seus constituintes. A segunda etapa é a respiração aeróbica ou oxidativa que extrai energia primeiramente na forma de elétrons de alta energia e produz água e gás carbônico.

Uréia glutamato -cetoglutarato Desaminação. Depois que as proteínas são quebradas em aminoácidos, o grupo amina é removido do aminoácido para formas moléculas que participam na glicólise e no ciclo de Krebs. Por exemplo, o aminoácido glutamato, ao perder seu grupo amina, transforma-se em -cetoglutarato, uma molécula do ciclo de Krebs.

Eficiência metabólica e tamanha das tramas tróficas