Metabolismo dos Carboidratos: Anabolismo e Catabolismo

Metabolismo dos carboidratos BIOQUÍMICA BÁSICA METABOLISMO CELULAR Anabolismo conjunto de reações para síntese dos constituintes celulares ex proteínas carboidratos lipídios etc Catabolismo conjunto de reações para degradação de moléculas e nutrientes resultando na produção de compostos intermediários e produção de energia ex ATP ATP Adenosina trifosfato alto acúmulo de energia nas ligações fosfato de fácil estabelecimento e liberação de energia útil nas reações de síntese dos constituintes celulares e na realização de trabalhos fisiológicos ex contração muscular absorção de nutrientes em plantas TIPOS DE DEGRADAÇÃO Respiração aeróbica oxigênio é o acceptor final de elétrons após uma série de reações de redox transferências de elétrons e liberação de energia Respiração anaeróbica acceptor final de elétrons é um composto inorgânico ex Fe2 NO3 SO42 Fermentação não requer O2 acceptor final de elétrons é um composto orgânico ex piruvato acetaldeído Gli Piruvato Etanol Llactato Acetil CoA CK NADHH FADH2 Glicólise ferment Ciclo Klebs CTE Fosf Oxid Sequência de reações que transformam moléculas complexas ex amido glicogênio maltose sacarose glicose e outros em compostos simples ex CO2 e H2O resultando na produção de ATP e metabólitos intermediários Carboidrato Piruvato Série de reações do catabolismo dos carboidratos que resulta na formação do piruvato e rápida produção de ATP Utiliza 1 a 2 ATP Produz 4 ATP e 2 NADHH Local citoplasma ATP NADHH ATP Glicólise ou via EMP Embden Meyerhof e Parnas REAÇÕES DA GLICÓLISE AERÓBICA Citoplasma 2x Hexoquinase Mg 2 ATP ADP Fosfohexoisomerase 1 Fosforilação da Glicose em Glicose6fosfato Gli6P Glicose Glicose6P Frutose6P 1º gasto de ATP Glicose6P Aldolase ATP ADP Fru16DP Fosfofrutoquinase Diidroxicicetona fosfato DHAP Gliceraldeídeo3 fosfato GA3P 2º gasto de ATP Frutose6P Frutose16DP Frutose16DP Frutose16DP DHAP Triosefosfatoisomerase 5 Isomerização da Diidroxicetonafosfato DHAP em Gliceraldeídeo3fosfato GA3P GA3P NAD Pi NADHH Gliceraldeideo3fosfato desidrogenase Produção de NADHH 6 Oxidação do Gliceraldeideo3fosfato GA3P a 13difosfoglicerato acoplada a redução do NAD em NADHH Gliceraldeídeo3 fosfato GA3P 13difosfatoglicerato Fosfoglicerato quinase ADP ATP 8 Isomerização do 3fosfoglicerato3PGlic em 2fosfoglicerato 2PGlic Fosfoglicerato mutase 3fosfoglicerato 13difosfatoglicerato 3fosfoglicerato 2fosfoglicerato Enolase Piruvato quinase ADP ATP 2PGlicerato Fosfoenolpiruvato Fosfoenolpiruvato Piruvato SALDO da GLICÓLISE 10 reações Utiliza 2 ATP Produz 4 ATP 2 NADHH Saldo 2 ATP 2 NADHH 2x VIA GLICOLÍTICA DA FRUTOSE E SACAROSE Frutose 2 Piruvato 9 reações Utiliza 2 ATP Produz 4 ATP 2 NADHH Frutose 6 P ADP ATP 10 reações da glicose 2 ATP 2 NADHH 09 reações da frutose 2 ATP 2 NADHH 01 reação da invertase 0 ATP 0 NADHH Sacarose 2 Piruvato Frutose Glicose Invertase 2 Piruvato Frutose 16DP ADP ATP Saldo 2 ATP 2 NADHH Saldo 20 Reações 4 ATP 4 NADHH VIA GLICOLÍTICA DO AMIDO 11 reações 1 fosforilase 1 isomerase 9 glicose Utiliza 1 ATP Produz 4 ATP 2 NADHH P Pi Glicose 1P 2 Piruvato P Glicose 6P FosforilaseAMP Saldo 11 Reações 3 ATP 2 NADHH Isomerase PRODUTOS INTERMEDIÁRIOS DA GLICÓLISE 2 Fermentações e Ciclo de Krebs BIOQUÍMICA BÁSICA Glicólise Ferment Ciclo Klebs CTE Fosf Oxid NADHH NAD NADHH NAD Etanol CO2 LLactato Acetil CoA FADH2 NADHH ATPs NAD NADHH Piruvato Gli CO2 NADHH CO2 NADHH GTPATP FADH2 NADHH CK DESTINO DO PIRUVATO Respiração Aeróbica Acetil CoA Ciclo de Krebs cadeia transportadora de elétrons CTE acoplada a fosforilação oxidativa Aceptor final de elétrons O2 Aumenta a produção de ATP Produção de CO2 e H2O Fermentação oxidação do NADHH Glicólise anaeróbica Aceptor final de elétrons composto orgânico Respiração Anaeróbica Aceptor final de elétrons composto inorgânico FERMENTAÇÕES Degradação dos carboidratos em condições de anaerobiose onde o aceptor final de elétrons é um composto orgânico Ocorre oxidação do NADHH em NAD FERMENTAÇÃO LÁCTICA Piruvato reduzido em lactato pela oxidação do NADHH Recuperação do NAD para reiniciar a glicólise Produção de LLactato gera acidez no leite Na produção de silagem atua como conservante Músculo com déficit de O2 acúmulo de ácido lático dor muscular NADHH NAD Lactato desidrogenase Piruvato LLactato FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA Piruvato Acetaldeído Condição de anaerobiose Descarboxilação do piruvato e redução do acetaldeído em etanol H NAD NADHH Piruvato descarboxilase CO2 CH2 OH I CH3 Etanol Desidrogenase alcoólica IMPORTÂNCIA Panificação produção de combustível produção de bebidas alcoólicas Fontes de etanol sacarose glicose frutose amido Série de reações enzimáticas na matriz mitocondrial Promove completa oxidação da acetilCoA Liberação de CO2 Produção de coenzimas reduzidas NADH e FADH2 que serão utilizadas na CTE para produção de ATP Fosforilação para produção de um ATPGTP CICLO DE KREBS ÁCIDO CÍTRICO OU DOS ÁCIDOS TRICARBOXÍLICOS Glicólise citoplasma Ciclo de Krebs CK matriz mitocondrial Gli Pir Pir Acetil CoA CK Etapa preparatória do CK ETAPA PREPARATÓRIA DO CK NAD NADHH Complexo piruvato desidrogenase AcetilCoASH CO2 Piruvato Descarboxilação do Piruvato Redução do NAD e produção do NADHH Ligação da coenzima CoA ao Acetil S CoA CoASH Oxalacetato Citrato Alfacetoglutarato SuccinilCoA Fumarato Succinato Malato NADHH CO2 NAD NADHH CO2 GDP ou ADP Pi GTP ou ATP FAD FADH2 NADHH REAÇÕES do CICLO DE KREBS ou ÁC TRICARBOXÍLICO 1ª 1ª Condensação Formação do Citrato Acetil CoASH Citrato sintetase Citrato CoenzimaA Oxalacetato 2ª Isomerização Citrato Isocitrato Aconitase 3ª Oxidação e descarboxilação do Isocitrato Isocitrato desidrogenase Isocitrato NADHH CO2 NAD 4ª Descarboxilação oxidativa do αcetoglutarato alfacetoglutarato Complexo αcetoglutárico desidrogenase NADHH CO2 NAD SuccinilCoA alfacetoglutarato SuccinilCoA 5ª Hidrólise da succinilCoA e produção de GTP ou ATP SuccinilCoA sintetase GDPADP Pi GTPATP Succinato CoenzimaA 6ª Oxidação do succinato em fumarato Succinato Succinato desidrogenase Fumarato FADH2 FAD GTP Cél Animal ATP Cél Vegetal 7ª Hidratação do fumarato Malato Fumarato Fumarase 8ª Regeneração do Oxalacetato Malato NADHH NAD Oxalacetato Malato desidrogenase REGULAÇÃO DO CICLO DE KREBS Variação da velocidade das reações do CK é influenciada pelo requerimento de energia na célula Aumento da velocidade do CK Maior necessidade de energia na célula Aumento da oxidação do FADH2 e NADHH Redução da velocidade do CK Acúmuloexcesso de energia sendo sinalizada pela elevação da ATP NADHH e FADH2 ATIVIDADE DA CITRATO SINTETASE Regulada pela AcetilCoA Alta SuccinilCoA reduz a afinidade Precursores da AcetilCoA inibem a enzima Alta ATP aumenta o KM da enzima para reação de condensação 1ª Reação do CK Principal reação da regulação do Ciclo influenciada pela atuação da Citrato Sintetase Oxalacetato AcetilCoA Citrato Citrato Sintetase UMA VOLTA COMPLETA NO CK Consome 1 AcetilCoA Produz 3 NADHH 1 FADH2 1 ATP ou GTP 2 CO2 Piruvato Ciclo de Krebs 1ª REAÇÕES RELACIONADAS AO CICLO DE KREBS I Rotas que utilizam intermediários do CK glicogênese Oxalacetato Malato ou Aspartato Carboidrato Mitocôndria Citoplasma Citrato Oxalacetato AcetilCoA Lipídios ADP Pi ATP Oxalacetato ou alfacetoglutarato Aminoácidos II REAÇÕES ANAPLERÓTICAS Reações de abastecimento dos intermediários do CK Alta AcetilCoA oxalacetato Piruvato carboxilase O desabastecimento dos compostos intermediários do CK reduz a velocidade do Ciclo e aumenta o acúmulo da AcetilCoA A piruvatocarboxilase detecta alta AcetilCoA e ativa a produção do oxalacetato para reações de abastecimento Oxalacetato pode ser convertido diretamente nos intermediários do CK para suprir os compostos em baixas concentrações do ciclo Carboidratos Lipídios Proteínas Piruvato Ác Graxos Aminoácidos AcetilCoA Cadeia respiratoria fosforilação oxidativa BIOQUÍMICA BÁSICA Cadeia respiratória ou cadeia transportadora de elétrons CTE As reações são catalisadas pelas enzimas situadas na membrana interna da mitocôndria Ciclo de Krebs CTEfosforilação oxid Reações de oxirredução em série onde os elétrons e fluem das coenzimas reduzidas NADHH e FADH2 e passam pela CTE até atingir o aceptor final da cadeia O2 Ocorre perda gradativa da energia livre havendo conservação de grande parte da energia livre através da síntese de ATP Transportadores de Elétrons São as moléculas que recebem e transferem elétrons numa sequência de reações de oxidação e redução onde a oxidação libera energia que parte será utilizada na fosforilação oxidativa para síntese de ATP Complexo NADH desidrogenase Ubiquinona coenzima q Coe Q Citocromo b cit b Citocromo c1 cit c1 Citocromo c cit c Citocromos a a3 cit a a3 ½ H2 ADP Pi ATP ADP Pi ATP ADP Pi ATP 2 e 2 e 2 e 2 e 2 e 2 e 2 e Cadeia transportadora de elétrons CTE 1 NADHH 3 ATPs 1 FADH2 2 ATPs Reações catalisadas pelas desidrogenases Fosforilação Oxidativa Acoplada a CTE Síntese do ATP a partir do ADP Pi utilizando a energia livre obtida das reações de oxirredução da CTE da mitocôndria cadeia respiratória ATP ase Aproveitamento do NADHH na fosforilação NADHH ½ O2 NAD H2O Oxidação G 52 Kcalmol Aproveitamento 21952 416 1 NADHH 3 ATPs 52 Kcal 3 ATP x 73 Kcal 219 Kcal CTE Inibidores da Cadeia Respiratória ou CTE Substâncias que inibem o fluxo de elétrons em alguma reação da CTE Afeta a produção de ATP e consumo de O2 Complexo NADHDesidrog Coe Q e X AntimicinaA Antibiótico Streptomyces Cit b Cit c e X Cianeto CN Cit a O2 e X Rotenona alcalóide Raiz Timbó Derris spp inseticida natural pesca indígena Desacopladores da Fosforilação oxidativa Substâncias que inibem o fluxo de elétrons para ATPase durante a síntese de ATP Não ocorre síntese de ATP mesmo que ocorra a cadeia respiratória Ex Antibióticos Gramicina e Valicidina bloqueia a fosforilação Oxidativa Oligomicina bloqueia a fosforilação ox e cadeia respiratória ADP Pi ATP e ATPase Ciclo Krebs 2 voltas 2 x 3 NADHH 2 x 1 FADH 2 2 x 1GTPATP 2 x 2 CO 2 Acetil CoA 2 NAD 2 NADHH 2 Piruvato Gli CO2 NADHH CO2 NADHH GTPATP FADH2 NADHH CK Glicólise 2 a 3 ATPs 2 NADHH Etapa prepara CK 2 NADHH Balanço energético Produção total de ATP I Célula Vegetal monossacarídeo Glicólise 2 NADHH x 3 ATP 6 ATPs 2 ATPs 2 ATPs 8 APTs Etapa preparatória p CK 2 NADHH x 3 ATP 6 ATPs CK 2 voltas 6 NADHH x 3 ATP 18 2 FADH2 x 2 ATP 4 2 ATP 2 24 ATPs Total 8 6 24 38 ATPs NADHH citoplasmático será transportado para mitocôndria sem consumo de ATP Ciclo Krebs 2 voltas 2 x 3 NADHH 2 x 1 FADH 2 2 x 1GTPATP 2 x 2 CO 2 Acetil CoA 2 NAD 2 NADHH 2 Piruvato Gli CO2 NADHH CO2 NADHH GTPATP FADH2 NADHH CK Glicólise 2 a 3 ATPs 2 NADHH Etapa prepara CK 2 NADHH Balanço energético Produção total de ATP II Célula Animal monossacarídeo Glicólise 2 NADHH x 2 ATP 4 ATPs 2 ATPs 2 ATPs 6 APTs Etapa preparatória p CK 2 NADHH x 3 ATP 6 ATPs CK 2 voltas 6 NADHH x 3 ATP 18 2 FADH2 x 2 ATP 4 2 GTP x 1 ATP 2 24 ATPs Total 6 6 24 36 ATPs Cada NADHH citoplasmático gasta 1 ATP para transporte até a mitocôndria Aproveitamento da energia acumulada na glicose C6 H12 O6 6 O6 6 CO2 6 H2O G0 680 Kcalmol Glicose Célula Animal 36 ATPs x 73 Kcal 2628 Kcal Aproveitamento 2628680 038 38 Célula Vegetal 38 ATPs x 73 Kcal 2774 Kcal Aproveitamento 2774680 0407 41