METABOLISMO, GLICÓLISE E CICLO DE KREBS

Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Instituto de Biociências
REG209 – Bioquímica Fundamental

Aluno: VILSON ANTÔNIO DA COSTA ARRUDA - 178662

Questionário 4 – Introdução ao Metabolismo, Glicólise e Ciclo de Krebs

INTRODUÇÃO AO METABOLISMO

1) Conceitue metabolismo, anabolismo, catabolismo e metabólitos.
Metabolismo: É processo geral por meio do qual os sistemas vivos adquirem e usam energia livre para realizarem suas funções.
Anabolismo(biossíntese): processo no qual as biomoléculas são sintetizadas a partir de componentes mais simples.
Catabolismo(degradação) : processo no qual os nutrientes e os constituintes celulares são degradados para o aproveitamento de seus componentes ou para geração de energia.
Metabólitos: os reagentes, os intermediários e os produtos das reações enzimáticas são denominados metabólitos.
(SANDRA PAULA FERRARI)

2) O que é ATP e qual sua função no metabolismo?
Trifosfato de adenosina, adenosina trifosfato ou simplesmente ATP, é um nucleotídeo responsável pelo armazenamento de energia em suas ligações químicas. É constituída por adenosina, um nucleosídeo, associado a três radicais fosfato conectados em cadeia. A energia é armazenada nas ligações entre os fosfatos.
A importância do ATP reside na grande quantidade de energia livre que acompanha a quebra das suas ligações fosfoanidrido. O ATP armazena energia proveniente da respiração celular e da fotossíntese, para consumo posterior. A molécula atua como uma moeda celular, ou seja, é uma forma conveniente de transportar energia.
(SANDRA PAULA FERRARI)




3) O que são e quais os papeis dos NAD+ e dos FAD nos sistemas biológicos?
NAD - dinucleótido de nicotinamida-adenina. É uma coenzima que apresenta dois estados de oxidação: NAD+ (oxidado) e NADH (reduzido). É usado como "transportador de eletrons" nas reações metabólicas de oxi-redução, tendo um papel preponderante na produção de energia para a célula.
FAD - dinucleótido de flavina e adenina (FAD), também conhecido como flavina-adenina dinucleótido e dinucleótido de flavina-adenina. É um cofator orgânico (coenzima), necesárias ao funcionamento das enzimas. Também é um transportador de elétrons , produzindo energia para a célula.
(SANDRA PAULA FERRARI)

4) Explique e justifique a falta de equilíbrio nas reações metabólicas.
Reações metabólicas ocorrem muito longe do equilíbrio; isto é, são irreversíveis. Isso se deve ao fato de que uma enzima que catalisa uma dessas reações não tem atividade catalítica suficiente para permitir que o equilíbrio seja atingido (a velocidade da reação que ela catalisa é muito baixa). Conseqüentemente, os reagentes acumulam-se em grande excesso em relação às quantidades de equilíbrio. (CELINA CORBELLINI)
Quando se tem um excesso de reagentes em relação aos produtos, fica mais fácil de regular, pois pode aumentar a formação de produtos reduzindo os reagentes chegando mais próximo do equilíbrio ou não, dependendo da necessidade do organismo. (SANDRA PAULA FERRARI)

Em uma via completa, o fluxo é determinado pela etapa determinante da velocidade da via. Por definição, esta etapa é a mais lenta e freqüentemente é a primeira etapa comprometida com a via metabólica em questão. Em algumas vias, o controle do fluxo é compartilhado por várias enzimas, e todas elas auxiliam na determinação da velocidade total do fluxo de metabólitos através da via. Porque a etapa limitante da velocidade é lenta em relação a outras etapas, seu produto é logo removido pelas etapas seguintes, antes que ele possa atingir o equilíbrio com o reagente. Assim, a etapa determinante ocorre longe do equilíbrio e possui uma variação de energia livre bastante negativa. De uma maneira semelhante, uma represa cria uma diferença nos níveis de água entre os seus lados, a montante e a jusante, de modo que a diferença de pressão hidrostática produz uma grande variação negativa de energia livre. A represa pode liberar água para gerar energia elétrica, variando o fluxo de água de acordo com a necessidade de energia. (VOET)

5) Por que não se podem empregar integralmente as enzimas de uma via catabólica em sua correspondente via anabólica?
O fluxo em uma via metabólica é controlado pela regulação da atividade das enzimas que catalisam as etapas limitantes da velocidade da via.
Se um metabólito for convertido em outro metabólito por um processo exergônico, deverá haver um suprimento de energia livre para converter o segundo metabólito novamente no primeiro. Esse processo, energeticamente considerado “ladeira acima”, requer uma via diferente para, pelo menos, algumas etapas de reação.
A existência de rotas de interconversão independentes, é uma propriedade importante das vias metabólicas, pois permite que cada um dos processos tenha um sistema de controle independente. Se o metabólito 2 for necessário para uma célula, será preciso desativar a via de 2 para 1 e ativar a via de 1 para 2. Tais controles independentes seriam impossíveis se não existissem vias diferentes. (CELINA CORBELLINI)

6) O que são reações acopladas e qual a importância delas nas vias metabólicas?
Reações acopladas: Rea ções associadas onde a energia livre de uma reação exergônica é utilizada para dirigir uma segunda reação endergônica. O Acoplamento envolve “compostos de alta energia” que agem como doador de energia livre para a maioria dos processos que requerem energia. (ROSANETE M. SCHUH BLEIL)

7) Qual o papel das reações de oxi-redução no metabolismo?
Uma reação de oxi-redução é uma reação onde ganha-se e perde-se elétrons, ou seja, oxidação é perder elétrons e redução é ganhar elétrons. (MARA REGINA COSTA DE SOUZA)
Portanto, reações de oxi-redução ocorre constantemente no metabolismo pois os combustíveis metabólicos são oxidados até CO2, os elétrons são transferidos para carreadores moleculares que, nos organismos aeróbicos, transferem finalmente os elétrons para o oxigênio molecular. Esse processo de transporte de elétrons produz um gradiente de concentração de prótons que promove a síntese de ATP. Mesmo os anaeróbios obrigatórios, organismos que não fazem fosforilação oxidativa, dependem da oxidação de substratos para impulsionarem a síntese de ATP. Na realidade, reações de oxidação-redução (também conhecidas como reações redox) suprem os seres vivos com a maior parte da energia livre de que necessitam. (VOET)


- Glicólise

8) Em qual compartimento celular ocorre a glicólise?
A glicólise ocorre no citoplasma

9) Escreva a sequencia de reações da glicose (não esqueça de falar as enzimas envolvidas e mostrar em q passos é clivado e produzido o ATP, bem como reduzido o NAD+).
A glicose entra na via glicolítica por sua fosforilação a glicose-6-fosfato (enzima: hexoquinase), onde o ATP é o doador de fosfato, formando-se o ADP, adenosina-difosfato (a hexoquinase é inibida pela glicose-6-fosfato, o produto da reação, por mecanismo alostérico). A glicose-6-fosfato é convertida a frutose-6-fosfato pela fosfoglicosomerase, o que involve uma isomerização aldose-cetose. Em seguida, ocorre outra fosforilação à custa de ATP catalisada pela fosfofrutoquinase (PFK) formando-se frutose-1,6-difosfato (a PFK é uma enzima alostérica cuja atividade desempenha importante papel na regulação da velocidade da glicólise). A frutose-1,6-difosfato é cindida pela aldolase em2 trioses-fosfato, o gliceraldeído-3-fosfato e a dihidroxicetona-fosfato, que são interconversíveis pela ação da enzima fosfotriose-isomerase. A glicólise prossegue pela oxidação do gliceraldeído-3-fosfato a 1,3-difosfoglicerato pela gliceraldeído-3-fosfato-desidrogenase, que é NAD (nicotinamida adenina dinucleotídeo) dependente (forma-se NADH). A energia liberada durante a oxidação é retida na ligação fosfato de alta energia na posição 1 do 1,3-difosofoglicerato. Esse fosfato de alta energia é capturado como ATP em uma reação ulterior com o ADP, catalisada pela fosfoglicerato-quinase, liberando o 3-fosfoglicerato. Visto que se formam 2 moléculas de trioses-fosfato por molécula de glicose, nessa etapa são formadas2 moléculas de ATP por molécula de glicose. O 3-fosfoglicerato é convertido então a 2-fosfoglicerato pela fosfoglicerato-mutase. O passo subseqüente é catalisado pela enolase e envolve uma desidratação e uma redistribuição da energia dentro da molécula, formando-se o fosfoenolpiruvato. O fosfato de alta energia do fosfoenolpiruvato é transferido ao ADP pela enzima piruvato-quinase, para formar 2 moléculas de ATP por molécula de glicose oxidada. O enolpiruvato formado nessa reação converte-se espontaneamente à forma cetônica do piruvato.

Outra maneira mais simples de escrever a sequencia é:

No primeiro estágio da glicólise, a glicose é fosforilada pela hexocinase, isomerizada pela fosfoglicose-isomerase (PGI), fosforilada pela fosfofrutocinase (PFK) e clivada pela aldolase para produzir as trioses gliceraldeído-3-fosfato (GAP) e diidroxiacetona-fosfato (DHAP), que são interconvertidas pela triose-fosfato-isomerase (TIM). Essas reações consomem 2 ATP por glicose.
No segundo estágio da glicólise, o GAP é fosforilado oxidativamente pela gliceraldeído-3-fosfato-desidrogenase (GAPDH), desfosforilado pela fosfoglicerato-cinase (PGK) para produzir ATP, isomerizado pela fosfoglicerato-mutase (PGM), desidratado pela enolase e desfosforilado pela piruvato-cinase para produzir uma segundo ATP
e um piruvato. Esse estágio produz 4 ATP por glicose; portanto, um rendimento líquido de 2 ATP por glicose.
(SANDRA PAULA FERRARI)