Acadêmica: Jaqueline Fernandes Gomes
Referência Bibliográfica :
Nelson, D. L., Cox, M. M. (2002). Princípios de Bioquímica de Lehninger. 6ª ed. Porto Alegre: Artmed.
Etapas
Os longos braços de lipoil-lisina movem-se livremente
entre o sítio ativo de E1 e os sítios ativos de E2 e E3,
prendendo os intermediários ao complexo enzimático e
possibilitando a canalização do substrato.
E3 catalisa a regeneração da forma dissulfeto (oxidada) do lipoato; os elétrons passam primeiramente ao FAD, e então ao NAD+.
E2 catalisa a transferência do grupo acetil para a coenzima A, formando acetil-CoA.
E1 catalisa a primeira descarboxilação do piruvato, produzindo hidroxietil-TPP, e então a oxidação do grupo hidroxietil a um grupo acetil. Os elétrons dessa oxidação reduzem o dissulfeto do lipoato ligado a E2, e o grupo acetil é transferido em uma ligação tioéster a um grupo
¬SH do lipoato reduzido.
SALDO FINAL: 4 moléculas de ATP produzidas - 2 moléculas de ATP gastas= a 2 moléculas de ATP + 2 moléculas de NADH e 2 moléculas de piruvato
ação da 10° enzima: Piruvato-cinase
produto final: Piruvato (2)
Fermentação
Alcoólica
Láctica
Respiração aeróbica
Ciclo de Krebs
ação da 9° enzima: Enolase
se transforma em Fosfoenolpiruvato (2)
ação da 8° enzima: Fosfoglicerato-mutase
se transforma em 2-fosfoglicerato (2)
ação da 7° enzima: Fosfoglicerato-cinase
se transforma em 3-fosfoglicerato (2)
ação da 6° enzima: Gliceraldeído-3-fosfato-desidrogenase
se transforma em 1,3-bifosfoglicerato (2)
5° enzima: Tiosefosfato-isomerase
se transforma em Gliceraldeído-3-fosfato (2)
ocorre em 10 etapas,
ação da 4° enzima: Aldolase
Gliceraldeído-3-fosfato + Di-hidroxiacetona-fosfato
ação da 3° enzima : Fosfofrutocinase-1
virando D-frutose-1,6-bifosfato
sofre ação da 2° enzima: Fosfo-hexose-
-isomerase
se transformando em D-frutose-6-fosfato
1° enzima: Hexocinase
se transformando em D-glicose-6-
-fosfato
METABOLISMO CELULAR
Glicólise
tem 2 fases
fase de pagamento
O Gliceraldeído-3-fosfato + Di-hidroxiacetona-fosfato sofre ação da 5° enzima seguido para fase de pagamento
Conversão oxidativa do gliceraldeído-3-fosfato em piruvato e formação acoplada de ATP e NADH
Eficiência de 60% na recuperação de energia
é nesta fase que a célula vai obter energia contida na glicose
Armazenamento de energia livre na forma de ATP
fase de ativação ou preparação
a glicose entra em contato com a 1° enzima
forma duas moléculas
quebra de 1 hexose em 2 trioses em 4 reações
tem duas fosforilação
o ATP é investido para tomar compostos com maior energia livre de hidrólise.
Regulação da glicólise: é rigidamente regulada de forma coordenada com outras vias geradoras de energia para garantir um suprimento constante de ATP.
É uma sequência de dez reações químicas que ocorrem no citoplasma da célula, de forma sucessiva (o produto de uma reação vai ser o reagente da próxima reação).
A energia produzida durante a glicólise é armazenada em moléculas de ATP e NADH
É a via metabólica responsável por converter a glicose em energia, ou seja, uma molécula de glicose é oxidada a duas moléculas de piruvato.
Papel na produção de energia, sendo a primeira etapa da respiração celular.
Introdução ao metabolismo
RESPIRAÇÃO CELULAR
em eucariontes tem três etapas
Cadeia respiratória + Fosforilação oxidativa
ciclo do acido cítrico - Ciclo de Krebs
glicólise
processo catabólico
via de degradação
glicose + O2 = 30 a 32 moléculas de ATP
uma molécula de D-glicose é totalmente degradada a CO2 e H2O em presença de O2
processo molecular por meio do qual as células consomem O2 e produzem CO2
Reações de óxido redução catalisadas por desidrogenases que tem NAD + E FAD como coenzima.
Formas de regulação do metabolismo
enzimas
Algumas precisam de uma condição específica (depende de qual via vai segui e qual enzima é)
Conjunto de transformações que as substâncias químicas no interior dos organismos vivos
Algumas vias são produtoras de energia - catabolismo ( vai quebrando), outras vias usam energia para construir estruturas complexas - anabolismo ou biossíntese (vai aumentando)
vias anabólicas - divergentes
vias catabólicas - convergentes (converge para algo, uma molécula base: acetil com enzima a )
O metabolismo é uma atividade celular altamente coordenada, em que muitos sistemas multienzimáticos (vias metabólicas) cooperam para:
(4) sintetizar e degradar as biomoléculas necessárias para as funções celulares especializadas, como lipídeos de membrana, mensageiros intracelulares e pigmentos.
(3) polimerizar precursores monoméricos em macromoléculas (proteínas, ácidos nucleicos e polissacarídeos);
(2) converter as moléculas dos nutrientes em moléculas com características próprias de cada célula, incluindo precursores de macromoléculas;
(1) obter energia química capturando energia solar ou degradando nutrientes energeticamente ricos obtidos do meio ambiente;
Ciclo de Krebs
Etapas do ciclo de Krebs
o ciclo tem oito etapas
Oxidação do malato a oxaloacetato. Na última reação do ciclo do ácido cítrico, a L-malato-desidrogenase ligada ao
NAD catalisa a oxidação de L-malato a oxaloacetato
Hidratação do fumarato a malato. A hidratação reversível do fumarato a L-malato é catalisada pela fumarase (formalmente, fumarato-hidratase.
gasto de H2O
Oxidação do succinato a fumarato. O succinato formado a partir da succinil-CoA é oxidado a fumarato pela flavoproteína succinato-desidrogenase.
libera FADH2
Conversão de succinil-CoA a succinato. A succinil-CoA, como a acetil-CoA, tem uma ligação tioéster com uma energia livre padrão de hidrólise grande e negativa. Na próxima etapa do ciclo do ácido cítrico, a energia liberada pelo rompimento dessa ligação é utilizada para impelir a síntese de uma ligação fosfoanidrido no GTP ou ATP. O succinato é formado neste processo
Esse grupo fosfato, que tem alto potencial de
transferência de grupo, é transferido ao ADP (ou GDP) para a formação de ATP (ou GTP) + Pi, libera também CoA-SH
Oxidação do a-cetoglutarato a succinil-CoA e CO2. A etapa seguinte é outra descarboxilação oxidativa, na qual o a-cetoglutarato é convertido a succinil-CoA e CO2 pelaação do complexo da a-cetoglutarato-desidrogenase
gasta CoA-SH, libera CO2
Oxidação do isocitrato a a-cetoglutarato e CO2. Na próxima etapa, a isocitrato-desidrogenase catalisa a descarboxilação oxidativa do citrato para formar a
libera NADH
libera CO2
Formação de isocitrato via cis-aconitato. A enzima aconitase catalisa a transformação reversível do citrato a isocitrato, pela formação intermediária do ácido tricarboxílico cis-aconitato
gasta H2O
A primeira reação do ciclo é a condensação de acetil-CoA e oxaloacetato para a formação do citrato, catalisada pela citrato-sintase
libera H2O (citrato a cis-Aconitato)
gasta H2O, libera CoA-SH
A CoA liberada nessa reação é reciclada para participar da descarboxilação oxidativa de outra molécula de piruvato pelo complexo PDH.
Oxidação do piruvato a Acetil-CoA
O piruvato é é oxidado a acetil-CoA e CO2 pelo complexo da piruvato-desidrogenase (PDH), um
grupo de enzimas – múltiplas cópias de três enzimas – localizado nas mitocôndrias de células eucarióticas e no citosol de bactérias.
A transferência de elétrons do NADH ao oxigênio gera, ao final, 2,5 moléculas de ATP por par de elétrons
O NADH formado nessa reação doa um íon hidreto (:H2) para a cadeia respiratória, que transferirá os dois elétrons ao oxigênio ou, em microrganismos anaeróbios, a um aceptor de elétrons alternativo, como nitrato ou sulfato.
A reação geral catalisada pelo complexo da piruvato-desidrogenase é uma descarboxilação oxidativa, um processo de oxidação irreversível no qual o grupo carboxil é removido do piruvato na forma de uma molécula de CO2, e os dois carbonos remanescentes são convertidos ao grupo acetil da acetil-CoA
A combinação de desidrogenação e descarboxilação do piruvato ao grupo acetil da acetil-CoA requer a ação sequencial de três enzimas diferentes e cinco coenzimas diferentes ou grupos prostéticos
Quatro vitaminas diferentes essenciais
são componentes vitais desse sistema: tiamina (no TPP), riboflavina (no FAD), niacina (no NAD) e pantotenato (na CoA)
coenzimas - pirofosfato de tiamina (TPP); dinucleotídeo de
flavina-adenina (FAD); coenzima A (CoA); dinucleotídeo de nicotinamida-adenina (NAD) e lipoato
enzimas – piruvato-desidrogenase (E1), di-hidrolipoil-transacetilase (E2) e
di-hidrolipoil-desidrogenase (E3)
O ciclo do ácido cítrico é anfibólico, servindo ao catabolismo e ao anabolismo; os intermediários do ciclo podem ser desviados e utilizados como material de partida para diversos produtos da biossíntese
A cada rodada do ciclo do ácido cítrico, três moléculas de NADH, uma de FADH2, uma de GTP (ATP) e duas de CO2 são liberadas em reações de descarboxilação oxidativa
Regulação do ciclo de Krebs: a regulação de enzimas-
-chave em vias metabólicas, por meio de efetores alostéricos e modificação covalente, garante a produção dos intermediários nas taxas necessárias para manter a célula em um estado de equilíbrio estável enquanto evita o desperdício de uma superprodução
A produção de acetil-CoA para o ciclo do ácido cítrico
pelo complexo da PDH é inibida alostericamente pelos metabólitos que sinalizam a suficiência de energia metabólica (ATP, acetil-CoA, NADH e ácidos graxos), sendo estimulada pelos metabólitos que indicam um suprimento de energia reduzido (AMP, NAD+, CoA.
A velocidade global do ciclo do ácido cítrico é controlada pela taxa de conversão do piruvato a acetil-CoA e pelo fluxo pelas enzimas citrato-sintase, isocitrato-desidrogenase e a-cetoglutarato-desidrogenase. Esses fluxos são determinados pelas concentrações dos substratos e dos produtos: os produtos finais ATP e NADH são inibidores, e os substratos NAD+ e ADP são estimuladores
O piruvato é transportado para a mitocôndria por uma permease especifica a piruvato translocase
para membrana interna
O ciclo de Krebs ocorre na matriz mitocondrial
É uma sequência de reações químicas que completa a oxidação da glicose
é uma via catabólica central e praticamente universal por meio da qual os compostos derivados da degradação de carboidratos, gorduras e proteínas são oxidados a CO2, com a maior parte da
energia da oxidação temporariamente armazenada nos transportadores de elétrons FADH2 e NADH. Durante o metabolismo aeróbio, esses elétrons são transferidos ao O2, e a energia do fluxo de elétrons é capturada na forma de ATP.
Fosforilação oxidativa
A fosforilação oxidativa também resulta na produção de água como subproduto
Durante a fosforilação oxidativa
o ATP é sintetizado a partir da energia liberada pelos elétrons transportados pelos NADH e FADH2
Ela ocorre na membrana mitocondrial interna
A fosforilação oxidativa é a última etapa do metabolismo aeróbico
A teoria quimiosmótica fornece o arcabouço intelectual para o entendimento de muitas transduções biológicas de energia, incluindo a fosforilação oxidativa. O mecanismo de acoplamento energético ocorre da seguinte forma: a energia do fluxo de elétrons é conservada pelo bombeamento concomitante de prótons através da membrana, , produzindo um gradiente eletroquímico, a força próton-motriz
Esse gradiente de prótons cria uma oportunidade única para a síntese de ATP. Então a enzima ATP sintase, (na membrana interna mitocondrial), é responsável por catalisar essa síntese.
A ATP sintase é composta por duas subunidades principais: a subunidade F₀, que está embutida na membrana, e a subunidade F₁, que se encontra na matriz mitocondrial. Quando os prótons retornam à matriz através da subunidade F₀, a subunidade F₁ é acionada para girar. Este movimento rotacional é então acoplado à produção de ATP a partir de ADP e fosfato inorgânico.
A fosforilação oxidativa começa com a entrada de elétrons na cadeia de carregadores de elétrons, chamada de cadeia respiratória.
NADH e NADPH são carregadores de elétrons solúveis em água, que se associam reversivelmente com desidrogenases.
Desidrogenases ligadas ao NAD+ removem dois átomos de hidrogênio de seus substratos. Um deles é transferido como íon hidreto (:H2) ao NAD+; o outro é liberado como H1 no meio.
Cadeia respiratória
A cadeia é composta por quatro complexos de proteínas (complexos I a IV) que transferem elétrons do NADH e FADH2 para o oxigênio, gerando água (H2O)2. Esses complexos não apenas transferem elétrons, mas também bombeiam prótons para fora da matriz mitocondrial, criando um gradiente eletroquímico
A reentrada desses prótons na matriz mitocondrial através da ATP sintase (complexo V) resulta na fosforilação do ADP em ATP, um processo conhecido como fosforilação oxidativa12. A energia gerada pela transferência de elétrons através da cadeia de transporte de elétrons para o O2 é usada na produção de ATP, portanto, o transporte de elétrons e a produção de ATP ocorrem simultaneamente e estão intimamente acoplados
Complexo IV (Citocromo c oxidase): Este é o último complexo na cadeia de transporte de elétrons. Ele recebe um elétron de cada uma das quatro moléculas de citocromo c e os transfere para uma molécula de oxigênio, produzindo duas moléculas de água. Durante esse processo, mais quatro prótons são bombeados através da membrana interna da mitocôndria
Complexo III (Citocromo c oxidoredutase): Este complexo catalisa a transferência de elétrons do coenzima Q reduzido (ubiquinol) para o citocromo c para transporte ao Complexo IV. Durante esse processo, quatro prótons são bombeados do espaço da matriz mitocondrial para o espaço intermembranar
Complexo II (Succinato desidrogenase): Este complexo atua no succinato produzido pelo ciclo do ácido cítrico e o converte em fumarato. Esta reação é impulsionada pela redução e oxidação do FAD (Flavina adenina dinucleotídeo) juntamente com a ajuda de uma série de clusters Fe-S3. Diferentemente do Complexo I, nenhum próton é transportado para o espaço intermembranar neste caminho
Complexo I (NADH desidrogenase): Este complexo é composto por flavina mononucleotídea (FMN) e uma proteína contendo ferro-enxofre (Fe-S). Ele recebe dois elétrons do NADH e os transfere para a coenzima Q (ubiquinona). Durante esse processo, quatro prótons são bombeados do espaço da matriz mitocondrial para o espaço intermembranar
A cadeia respiratória mitocondrial consiste em uma série de carregadores que agem sequencialmente, sendo a maioria deles proteínas integrais com grupos prostéticos capazes de aceitar e doar um ou dois elétrons
A maioria dos elétron ( elétrons transportados pelo NADH e FADH2 para gerar energia na forma de ATP) surge da ação das desidrogenases, que coletam elétrons das vias catabólicas e os canalizam para aceptores universais de elétrons – nucleotídeos de nicotinamida (NAD+ ou NADP+) ou nucleotídeos de flavina (FMN ou FAD)
A maioria das desidrogenases que agem no catabolismo é específica para NAD+ como aceptor de elétrons
Desidrogenases ligadas a nucleotídeos de nicotinamida catalisam reações reversíveis dos seguintes tipos gerais:
Substrato reduzido 1 NAD+ = substrato oxidado 1 NADH + H+
Substrato reduzido 1 NADP+ = substrato oxidado 1 NADPH 1 H1
As células mantêm conjuntos separados de NADPH e NADH, com diferentes potenciais redox. Isso é alcançado mantendo--se a razão de [forma reduzida] / [forma oxidada] relativamente alta para NADPH e relativamente baixa para NA
Nenhum desses nucleotídeos pode atravessar a membrana mitocondrial interna, mas os elétrons que eles carregam podem ser lançados através dela indiretamente
Flavoproteínas contêm um nucleotídeo de flavina,
FMN ou FAD, muito fortemente ligado, às vezes de forma covalente. O nucleotídeo de flavina oxidado pode aceitar um elétron (produzindo a forma semiquinona) ou dois elétrons (produzindo FADH2 ou FMNH2).
depende da proteína com a qual está
associado.
A transferência de elétrons ocorre porque a flavoproteína tem um potencial de redução maior do que o composto oxidado
A energia liberada durante a cadeia respiratória é utilizada para bombear prótons através da membrana mitocondrial interna
A cadeia respiratória é composta por complexos de proteínas
citocromos e coenzimas
sua organização é em grandes complexos funcionais na membrana mitocondrial interna, a via de fluxo de elétrons por eles e os movimentos de prótons que acompanham esse fluxo.
