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Bioquímica

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Universidade Federal de Pelotas Centro de Ciências Químicas Farmacêuticas e de Alimentos Área de Bioquímica Metabolismo de Carboidratos Profa Denise Colares de Oliveira Catabolismo da Glicose Uso da glicose para produção de energia ATP Catabolismo conversão de moléculas complexas em produtos finais mais simples com liberação de energia via metabólica que compreende uma série de reações enzimáticas com objetivo de oxidar a glicose a piruvato e na qual parte da energia é conservada na forma de ATP Glicólise lise da glicose é a primeira etapa do catabolismo da glicose pode ocorrer em condições aeróbicas ou anaeróbicas é dividida em duas fases 1ª fase preparatória investimento de energia 2ª fase de pagamento processo universal animais vegetais microorganismos Fase preparatória fosforilação da glicose e sua conversão a gliceraldeído3 fosfato Fase de pagamento conversão oxidativa do gliceraldeído3 fosfato em piruvato e formação acoplada de ATP e NADH Fosfofrutocinase 6 3 5 4 ATP ADP 1 2 fase preparatória Fosfogliceromutase 8 6 7 2 2 2 9 10 2 2 2 fase de pagamento Glicólise Fase Preparatória Fase de Pagamento Total 4 ADP 2 NAD 2 Piruvato 4 ATP 2 NADH 2H 2 H2O Glicose 2 ATP 2 ADP 2 Piruvato 2 ATP 2 NADH 2H 2 H2O Glicose 2 ADP 2 Pi 2 NAD C6H12O6 Vias alimentadoras da Glicólise Entrada de glicogênio amido dissacarídeos e hexoses da dieta no estágio preparatório da glicólise Glicólise 2 Piruvato 2 ATP 2 NADH 2H 2 H2O Glicose 2 ADP 2 Pi 2 NAD C6H12O6 toda vez que o NAD for reduzido a NADH este deve ser reoxidado reoxidação SH2 NAD SH2 NADH H Substrato reduzido Substrato oxidado Coenzima oxidada Coenzima reduzida O que acontece com o NADH sintetizado na Glicólise Mecanismos de Reoxidação do NADH Citosólico Mecanismos de Reoxidação do NADH Citosólico NADH Cadeia de transporte de elétrons Condições anaeróbicas Condições aeróbicas Lançadeiras de elétrons Fermentação láctica Fermentação alcoólica NADH Fermentação láctica Fermentação alcoólica Cadeia de transporte de elétrons Condições anaeróbicas Condições aeróbicas Lançadeiras de elétrons Mecanismos de Reoxidação do NADH Citosólico NADH Cadeia de transporte de elétrons Condições anaeróbicas Condições aeróbicas Lançadeiras de elétrons Fermentação láctica Fermentação alcoólica Mecanismos de Reoxidação do NADH Citosólico Reoxidação do NADH Citosólico em Condições Anaeróbicas Ocorre no citosol através da Fermentação Láctica Fermentação Alcoólica Lembremos que a célula fez Glicólise Fermentação Láctica 2 Piruvato 2 ATP 2 NADH 2H 2 H2O Glicose 2 ADP 2 Pi 2 NAD 2 Lactato 2 Piruvato 2 NADH 2H 2 NAD C C CH3 O O O C C CH3 O O H O H Lactato Desidrogenase LDH Bactérias Quem faz fermentação láctica Sistema radicular sob alagamento Hemácias Músculo esquelético em contração vigorosa Lembremos que a célula fez Glicólise Fermentação Alcoólica 2 Piruvato 2 ATP 2 NADH 2H 2 H2O Glicose 2 ADP 2 Pi 2 NAD Álcool Desidrogenase ADH 2 NADH 2H 2 NAD H3C CH2 OH 2 Etanol 2 Acetaldeído 2 Piruvato C C CH3 O O O Piruvato Descarboxilase H3C C O H 2 CO2 Leveduras produção de cerveja vinho álcool combustível pão Quem faz fermentação alcoólica Sistema radicular sob alagamento Quantos ATPs uma célula que faça uso da glicose em condições anaeróbicas e realize fermentação láctica ou alcoólica vai obter Fermentação Láctica 2 Piruvato 2 ATP 2 NADH 2H 2 H2O Glicose 2 ADP 2 Pi 2 NAD 2 Lactato 2 Piruvato 2 NADH 2H 2 NAD C C CH3 O O O C C CH3 O O H O H Lactato Desidrogenase LDH Fermentação Alcoólica 2 Piruvato 2 ATP 2 NADH 2H 2 H2O Glicose 2 ADP 2 Pi 2 NAD Álcool Desidrogenase ADH 2 NADH 2H 2 NAD H3C CH2 OH 2 Etanol 2 Acetaldeído 2 Piruvato C C CH3 O O O Piruvato Descarboxilase H3C C O H 2 CO2 NADH Cadeia de transporte de elétrons Condições anaeróbicas Condições aeróbicas Lançadeiras de elétrons Fermentação láctica Fermentação alcoólica Mecanismos de Reoxidação do NADH Citosólico Reoxidação do NADH Citosólico em Condições Aeróbicas Em condições aeróbicas a reoxidação do NADH será sempre na Cadeia Respiratória Nessa condição porém a célula tem que usar um mecanismo conhecido como Lançadeiras de Elétrons O que são Lançadeiras de Elétrons São um mecanismo de transferência dos elétrons do NADH citosólico para a cadeia respiratória Por que seu uso é necessário lembre que os componentes da cadeia respiratória estão localizados na membrana mitocondrial interna MMI Porque a MMI é impermeável à passagem do NADH citosólico não permitindo que ele transfira seus elétrons diretamente para a cadeia respiratória o complexo I NADH Desidrogenase só aceita elétrons provenientes de NADH de dentro da matriz mitocondrial O NADH citosólico não consegue atravessar a MMI por isso é necessário o uso das Lançadeiras de Elétrons Existem dois tipos de Lançadeiras de Elétrons MalatoAspartato fígado rim e coração GlicerolFosfato músculo esquelético e cérebro Espaço Intermembrana Matriz Lançadeira MalatoAspartato H NADH NADH H Uma vez que o NADH vai transferir seus elétrons na cadeia respiratória e se reoxidar sabemos que com o transporte dos elétrons até o O2 vai haver liberação de energia Também sabemos que parte dessa energia será liberada na forma de calor e o mais importante a outra parte será utilizada para a síntese de ATP através do mecanismo de Fosforilação Oxidativa Então a pergunta é quantos ATPs serão sintetizados a partir da reoxidação do NADH citosólico quando a célula usar a lançadeira MalatoAspartato Considerando que a transferência dos elétrons na cadeia respiratória é feita por um NADH mitocondrial NADH 25 ATP lembrando que são reduzidos 2 NAD 2 NADH na Glicólise Existem dois tipos de Lançadeiras de Elétrons MalatoAspartato fígado rim e coração GlicerolFosfato músculo esquelético e cérebro Glicerol 3P desidrogenase citosólica Glicerol 3P Dihidroxicetona P Glicerol 3P desidrogenase mitocondrial FADH2 FAD Glicólise Espaço intermembrana Matriz NAD NADH H Lançadeira GlicerolP Na lançadeira GlicerolP se observa que a enzima GlicerolP Desidrogenase Mitocondrial que tem o FAD como coenzima está localizada na face externa da MMI Desta forma diferentemente da MalatoAspartato os elétrons não precisam atravessar a MMI e entrar na matriz Eles são transferidos diretamente para a cadeia respiratória Glicerol 3P desidrogenase citosólica Glicerol 3P Dihidroxicetona P Glicerol 3P desidrogenase mitocondrial FADH2 FAD Glicólise Espaço intermembrana Matriz NAD NADH H Lançadeira GlicerolP Uma vez que o FADH2 vai transferir seus elétrons na cadeia respiratória e se reoxidar sabemos que com o transporte dos elétrons até o O2 vai haver liberação de energia Também sabemos que parte dessa energia será liberada na forma de calor e o mais importante a outra parte será utilizada para a síntese de ATP através do mecanismo de Fosforilação Oxidativa Então a pergunta é quantos ATPs serão sintetizados a partir da reoxidação do NADH citosólico quando a célula usar a lançadeira GlicerolP Considerando que a transferência dos elétrons na cadeia respiratória é feita por um FADH2 FADH2 15 ATP lembrando que são reduzidos 2 NAD 2 NADH na Glicólise Entretanto lembrese que quem está sendo reoxidado é o NADH citosólico portanto NADH 15 ATP exceção Então quantos ATPs uma célula que faça uso da glicose em condições aeróbicas vai obter através da Glicólise 2 Piruvato 2 ATP 2 NADH 2H 2 H2O Glicose 2 ADP 2 Pi 2 NAD 2 NADH x 25 ATP 5 ATP 2 ATP 7 ATP Lançadeira MalatoAspartato NADH 25 ATP Lançadeira GlicerolP NADH 15 ATP 2 NADH x 15 ATP 3 ATP 2 ATP 5 ATP Destinos Metabólicos do Piruvato O piruvato produto final da Glicólise pode ter 3 destinos diferentes dependendo se a célula estiver em condições aeróbicas ou anaeróbicas Destinos Metabólicos do Piruvato Glicose 2 Piruvato 2 AcetilCoA Glicólise 4 CO2 4 H2O 2 Etanol 2 CO2 2 Lactato CK 2CO2 Condições anaeróbicas Condições anaeróbicas Condições aeróbicas Condições Aeróbicas 2 Piruvato 3C 2 AcetilCoA 2C 2 CO2 oxidação matriz mitocondrial Condições Anaeróbicas o Fermentação Láctica citosol 2 Piruvato 3C 2 Lactato 3C o Fermentação Alcoólica citosol 2 Piruvato 3C 2 Etanol 2C 2 CO2 H3C C O S CoA C C CH3 O O O Piruvato Proteína transportadora Citosol CoA Acetil CoA Matriz Mitocondrial Complexo piruvato desidrogenase Lembrese que são produzidos 2 moles de Piruvato na Glicólise Condições Aeróbicas Destino Metabólico do AcetilCoA Os 2 moles de AcetilCoA formados a partir dos 2 moles de Piruvato serão direcionados para o Ciclo do Ácido Cítrico Ciclo de Krebs no qual haverá o término da oxidação da glicose Lembrese que o CK é a última etapa da oxidação de todos os combustíveis celulares AcetilCoA CK matriz mitocondrial Relembrando 3 NADH Lembrese que o CK é a última etapa da oxidação de todos os combustíveis celulares AcetilCoA 2C CK 1 FADH2 1 ATP fosf nível substrato 2 CO2 H3C C O S CoA Quais são então as etapas do catabolismo completo da glicose até 6 CO2 e 6 H2O Não esqueça que o catabolismo completo da glicose até 6 CO2 e 6 H2O só ocorre em condições aeróbicas Glicose 6 O2 6 CO2 6 H2O C6H12O6 Etapas do catabolismo completo da glicose até 6 CO2 e 6 H2O Glicólise citosol AcetilCoA 2 CO2 3 NADH 3 H 1 FADH2 1 ATP 2 Piruvato 2 ATP 2 NADH 2H 2 H2O Glicose 2 ADP 2 Pi 2 NAD 2 Piruvato 2 AcetilCoA 2 NADH 2H 2 CO2 Reação Preparatória matriz mitocondrial CK matriz mitocondrial x 2 AcetilCoA 4 CO2 6 NADH 6 H 2 FADH2 2 ATP Agora podemos calcular o número de ATPs sintetizados a partir da oxidação completa da glicose Glicose 6 O2 6 CO2 6 H2O C6H12O6 energia calor ATP Balancete energético da oxidação total da glicose 2 Piruvato 2 ATP 2 NADH 2H 2 H2O Glicose 2 ADP 2 Pi 2 NAD 2 NADH x 25 ATP 5 ATP 2 ATP 7 ATP Lançadeira MalatoAspartato NADH 25 ATP Lançadeira GlicerolP NADH 15 ATP 2 NADH x 15 ATP 3 ATP 2 ATP 5 ATP Glicólise citosol 2 Piruvato 2 AcetilCoA 2 NADH 2H 2 CO2 Reação Preparatória matriz mitocondrial 2 NADH x 25 ATP 5 ATP AcetilCoA 2 CO2 3 NADH 3 H 1 FADH2 1 ATP Ciclo de Krebs matriz mitocondrial 3 NADH x 25 ATP 75 ATP 1 FADH2 x 15 ATP 15 ATP 1 ATP 10 ATPmol de AcetilCoA x 2 AcetilCoA 20 ATPmol de glicose Total Geral Glicólise citosol Lançadeira MalatoAspartato 5 ATP 2 ATP 7 ATP Lançadeira GlicerolP 3 ATP 2 ATP 5 ATP Reação Preparatória matriz mitocondrial 2 NADH x 25 ATP 5 ATP CK matriz mitocondrial 10 ATPmol de AcetilCoA x 2 AcetilCoA 20 ATPmol de glicose Lançadeira MalatoAspartato 7 5 20 32 ATP Lançadeira GlicerolP 5 5 20 30 ATP Total Para concluir vamos fazer uma breve comparação entre o catabolismo anaeróbico e aeróbico da glicose Catabolismo Anaeróbico Ganho de ATP 2 Glicose 6C 2 Piruvato 3C 2 Lactato 3C 2 Etanol 2C 2CO2 Glicólise X Catabolismo Aeróbico Glicose 6C 2 Piruvato 3C Glicólise 2 AcetilCoA 2C 2CO2 4 CO2 CK NADH FADH2 CR H2O Ganho de ATP 32 MA 30 GP citosol citosol e mitocôndria Efeito de diferentes dias de alagamento do solo sobre a cultura do milho