MDULO 1: REAO CIDO-BASE, pH E SISTEMA TAMPO

bioqumica qbq 0215 Farmcia, Nutrio e Medicina

GLICLISE1. A gliclise a principal via catablica da glicose compreendendo as 10 reaes enzimaticamente catalisadas que so mostradas na figura abaixo e cuja estequiometria total pode ser observada na equao qumica seguinte:

Glicose + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi 2 Piruvato + 2 NADH + 2 ATP + 2 H2O + 4 H+A gliclise, como todas as vias catablicas, exergnica e equao acima corresponde um Go = -43,4 kj/mol-1. Mas, o dado da variao de energia livre mais interessante em termos de G, cujo valor exato depende de cada clula especfica, por exemplo, em msculo cardaco estima-se que seja igual a 74,0 kj/mol-1.

2. A finalidade da gliclise obteno de energia, como a equao estequiomtrica indica, cada molcula de glicose degradada a duas de piruvato e parte da energia livre liberada nesta degradao retida nos produtos na forma de 2 NADH e 2 ATP.

3. A reao que permite a obteno de NADH a nica de oxido-reduo da gliclise, pela qual gliceraldedo-3-P oxidado a glicerato-1,3-bisP, atravs da ao oxidante de NAD+ catalisada pela enzima gliceraldedo desidrogenase. A manuteno da capacidade oxidante da gliclise exige que NADH seja re-oxidada a NAD+ , uma alternativa para isso apresentada na figura, atravs da reao pela qual NADH reduz piruvato a lactato, recuperando NAD+. Esta alternativa ocorre no msculo esqueltico com baixos nveis de O2.4. J ATP produzido em duas reaes distintas pelas quais um radical fosforil transferido de, respectivamente, glicerato-1,3-P e P-enolpiruvato para ADP, em transferncias catalisadas por glicerato-1,3-P-quinase e P-enolpiruvato-quinase. Esta maneira de fosforilao de ADP conhecida como fosforilao a nvel do substrato, para distingui-la da fosforilao oxidativa da mitocndria que ser vista mais adiante.

5. Na gliclise, h 3 reaes de fosforilao irreversveis catalisadas, respectivamente, pela hexoquinase, fosfofrutoquinase e piruvato-quinase, que funcionam como marca-passos da via, cuja regulao se d por um elaborado sistema de controle alostrico das enzimas.

6. Diversas outras hexoses, como frutose, galactose e manose, tambm so metabolisadas pela via glicoltica.

7. A gliclise em condies anaerbicas tem energtica e funes variadas, conforme o organismo. Cabe fazer dois destaques importantes.

8. Em vertebrados, encontram-se msculos esquelticos muito pobres em mitocndria, que so especializados para produzir ATP a partir de gliclise anaerbica, cuja energtica obedece a seguinte reao geral: Glicose 2Lactato + 2H+ ; Go = -196kJ/mol. Mas, parte dessa energia livre liberada que seria dissipada (61kJ/mol) retida na forma de 2ATP produzidos por mol de glicose degradada. Deve-se ainda enfatizar que o lactato no descartado, pois vai ser aproveitado no fgado, aonde reoxidado a piruvato, alternativa metablica importante a ser examinada mais frente.

9. Leveduras mostram um exemplo de gliclise anaerbica na forma da fermentao alcolica, segundo a reao geral: Glicose 2Etanol + CO 2; Go = -235kJ/mol. Aqui tambm parte da energia livre, +61kJ/mol, mantida com a produo de 2ATP. A parte final da fermentao alcolica compreende duas reaes: a primeira envolve a descarboxilao de piruvato e liberao de acetaldedo, catalisada pela enzima piruvato-carboxilase, que no existe em animais. Na segunda reao a desidrogenase alcolica catalisa a reduo do acetaldedo por NADH.

Grupo de discusso:

1.) Equacione a reao lquida da transformao de glicose em piruvato. Como regenerada a capacidade oxidante do sistema NAD+/NADH necessria atividade glicoltica nos glbulos vermelhos humanos (que no tm mitocndria) e na cultura de levedo sem O2 (fermentao).

2.) Calcular a energia armazenada pela clula ao degradar glicose pela via glicoltica.

CICLO DE KREBS1. Em condies aerbicas, o destino do piruvato produzido na gliclise sofrer uma descarboxilao oxidativa catalisada pela piruvato desidrogenase, que um complexo multienzimtico existente no interior da mitocndria de eucariotos. Portanto, o piruvato precisa entrar na mitocndria para ser degradado por essa via. A reao geral a seguinte: Piruvato + CoA + NAD+ Acetil-CoA + NADH + CO22. O acetilCoA resultante da metabolizao do piruvato totalmente oxidado no ciclo do cido ctrico, tambm chamado ciclo de Krebs, conforme a seguinte reao geral:Acetil-CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi 2CO2 + 3NADH + FADH2 + GTP + CoAO ciclo de Krebs, esquematizado na figura, compreende 8 reaes, envolvendo 8 enzimas e 8 cidos carboxlicos, di e tri-cidos, todos dispersos na matriz da mitocondria. Portanto, comeando no piruvato e passando pelo acetilCoA, ocorre oxidao completa desses metabolitos liberando 3CO2 sem participao de O2 molecular. Os agentes oxidantes em todas as reaes so NAD+ ou FAD e as formas reduzidas destas co-enzimas (NADH + FADH2 ), resultantes do processo, s so reoxidadas na cadeia respiratria, uma via especializada que se localiza na membrana mitocondrial interna e ser considerada mais adiante.

3.O ciclo de Krebs, conforme sua reao geral indica, essencialmente catablico, pois promove a oxidao do radical acetil a 2CO2 e retm parte da energia livre desta reao na forma de coenzimas reduzidos que, posteriormente, serviro produo de ATP atravs da fosforilao oxidativa. Para cumprir esta funo basta que os 8 intermedirios do ciclo ocorram em concentraes catalticas. Mas, o ciclo possui outra funo, alm da catablica, diversos de seus intermedirios alimentam as vias de sntese de aminocidos, lipdeos e glicose, isto , o ciclo tem tambm funo anablica e, portanto, deve ser classificado como anfiblico. Para que o ciclo desempenhe concomitantemente ambas as funes, catablica e anablica, as concentraes dos intermedirios so mantidas e controladas atravs de um complexo sistema de reaes auxiliares, conhecidas como reaes anaplerticas. Um exemplo de reao anaplertica a carboxilao de piruvato para obter oxalacetato, catalisada pela enzima piruvato carboxilase.

4 A transformao de piruvato em acetil-CoA, uma reao para a qual convergem diversas vias catablicas e anablicas, alm da gliclise. Por esse motivo a piruvato desidrogenase est sujeita a um controle altamente elaborado, compreendendo dois nveis de regulao: a) controle alostrico atravs da inibio pelo produto, exercido por NADH e acetil-CoA; b) modificao covalente reversvel da subunidade E1 da enzima, por fosforilao/desfosforilao.

5. As enzimas citrato sintase, isocitrato desidrogenase e -cetoglutarato desidrogenase so as reguladoras do fluxo metablico atravs do ciclo de Krebs e esto sujeitas a controle alostrico, envolvendo NADH como inibidor e Ca+ e ADP como ativadores.

Grupo de discusso:

1.) Escrever a reao de formao de acetil-CoA a partir de piruvato e indicar:

a) as 5 coenzimas necessrias

b) as vitaminas envolvidas

c) a sua localizao celular

2.) Quais os produtos do ciclo de Krebs?

3.) Explique porque piruvato convertido a CO2 na respirao de fatias de msculo mantidas em soluo fisiolgica, porm em um exerccio intenso, esse piruvato destinado a produo de lactato. CADEIA RESPIRATRIA E FOSFORILAO OXIDATIVA

1. Fosforilao oxidativa o processo bioqumico pelo qual a oxidao de NADH e FADH2 , produzidos na gliclise e ciclo de Krebs, ocorre acoplada produo de ATP, a partir de ADP + Pi. Este processo se d na cadeia respiratria ou cadeia de transporte de eltrons, que compreende um conjunto ordenado de enzimas e transportadores de eltrons inseridos na membrana interna da mitocndria.

2. A cadeia respiratria contem 4 complexos, I,II, III e IV, ordenados por ordem crescente de potencial redox, indo do potencial padro de NAD+/NADH (E0= -0,315V) ao do O2/H2O (E0= +0,815V). Os eltrons so transferidos do complexo I ou II para o complexo III pela coenzima Q (ou ubiquinona), e do complexo III para o complexo IV pelo citocromo C para chegar ao O2. NADH e FADH2 , cedem eltrons, respectivamente, aos complexo I e II. A transferncia exergnica de eltrons do nvel redox de NADH para o de O2 (E0= 1,130V) envolve uma diferena de energia livre liberada (G0= -218kJ/mol) que em parte retida pelo transporte de H+ do lado interno para o externo da membrana, criando o gradiente eletroqumico de prtons que permitir empurrar o processo endergnico de fosforilao de ADP por Pi para gerar ATP, atravs da bomba de prtons que constitui a ATP sintase (tambm conhecida com F1F0- ATPase).

3. A ATP sintase distinta e fisicamente separada da cadeia de transporte de eltrons. A transferncia de 2e de NADH at O2 envolve um G0= -218kJ/mol, que gera um incremento no gradiente de prtons suficiente para mover a ATP sintase, permitindo a produo de 3 moles de ATP (G0= +30,5kJ/mol). Nestas condies, a ATP sintase trabalha com uma eficincia termodinmica igual a 42%. , no entanto, necessrio destacar que quando os 2e saem do nvel redox de FADH2 , formam-se apenas 2ATP. Naturalmente, para uma melhor medida da real eficincia termodinmica da fosforilao oxidativa seria preciso estimar o G da transferncia de eltrons em vez do G0.

4. A grande quantidade de energia livre que seria dissipada na oxidao completa da glicose a CO2 e H2O [C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O; G0= -2823 kJ/mol] aproveitada para produo de ATP, graas quase exclusivamente ao processo de fosforilao oxidativa, rendendo 38ATP por mol de glicose (incluindo neste total 2ATP da gliclise e 2 do ciclo de Krebs).

5. Vrios mecanismos da cadeia de transporte de eltrons e de seu acoplamento sntese de ATP foram elucidados atravs da utilizao de inibidores e desacopladores, entre os quais esto: rotenona, amital, antimicina A, cianeto e DNP.

Rotenona e amital inibem a reduo dos complexo I e III por NADH.

Antimicina A inibe o transporte de eltrons no complexo II.

Cianeto inibe o transporte no complexo IV.

DNP desacoplador, pois promove o vazamento de H+ ,levando dissipao do gradiente de prtons e contnuo transporte de eltrons, desacoplado da sntese de ATP.6. A sntese de ATP a partir de ADP e Pi na mitocndria, que catalisada pela ATP sintase, dirigida pelo processo de transporte de eltrons. Mas como a ATP sintase fisicamente separada das protenas do transporte de eltrons, a energia livre liberada no transporte de eltrons deve ser conservada em uma forma que possa ser utilizada pela ATP sintase. A energia livre do transporte de eltrons conservada pelo bombeamento de H+ da matriz mitocondrial para o espao intermembranar, criando um gradiente de H+ atravs

Grupo de discusso:1.) Entre os transportadores universais de eltrons da cadeia respiratria esto NAD+ e os nucleotdeos de flavina (FAD e FMN), quais so as diferenas entre estes transportadores de eltrons quanto a potencial redox e forma de interao com as enzimas com as quais atuam?

3.) Classifique os seguintes inibidores quanto a seus mecanismos de ao na cadeia respiratria: a) rotenona; b) antimicina A; c) oligomicina e d) DNP (2,4-dinitrofenol).GLICONEOGNESE.1. O fgado humano precisa manter nveis mnimos da glicose circulante, porque crebro e hemcias dependem quase exclusivamente de glicose para produo de energia. No entanto, a reserva de glicognio heptico no suficiente para essa finalidade. Por isso, o fgado sintetiza glicose de novo a partir de lactato, piruvato, glicerol, intermedirios do ciclo de Krebs e aminocidos, atravs de uma via anablica chamada de gliconeognese. No jejum, mesmo o jejum de poucas horas, a gliconeognese a principal fonte da glicose liberada pelo fgado na circulao.

2. A gliclise, como j foi visto, um a via catablica com a finalidade de produzir energia na forma de 2NADH + 2ATP a partir da degradao de glicose a piruvato de acordo com a equao qumica seguinte: Glicose + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi 2Piruvato + 2NADH + 2ATP + 2H2O + 4H+A gliconeognese tem a finalidade de sintetizar glicose a partir de piruvato, isto , faz o caminho metablico inverso ao da gliclise. Mas, a gliconeognese , contrariamente gliclise, muito endergnica. Para produzir glicose a partir de piruvato necessitam-se 2NADH+4ATP+2GTP, conforme a estequiometria indicada na equao abaixo:2Piruvato+2NADH+4H++4ATP+2GTP+6H2O Glicose+2NAD++4ADP+2GDP+6Pi3. A gliconeognese utiliza enzimas glicolticas reversivelmente, mas trs dessas enzimas, a hexoquinase, a fosfofrutoquinase e a piruvato quinase, catalizam reaes com G- muito negativo, sendo essencialmente irreversveis. Estas reaes so substitudas na gliconeognese por reaes exergnicas, tornando termodinamicamente favorvel a sntese de glicose a partir de piruvato. Destas reaes, as duas primeiras correspondentes s enzimas hexoquinase e fosfofrutoquinase, so substitudas por reaes simples de hidrlise de ligao fosfo-ester, catalisadas, respectivamente, pelas enzimas glicose-6-P-fosfatase e frutose-1,6-bis-fosfatase. J a terceira reao, que permite a volta de piruvato para P-enolpiruvato mais complexa e se d em duas etapas catalisadas, respectivamente, por piruvato-carboxilase e P-enolpiruvato-carboxiquinase.

4. O balanceamento entre gliclise e gliconeognese coordenadamente controlado por um complexo sistema de regulao enzimtica, envolvendo interaes alostricas e modificaes covalentes. Todo esse controle est concentrado nas 3 reaes nas quais gliclise e gliconeognese seguem reaes independentes, irreversveis e opostas, que so: 1) glicose / glicose-6-P; 2) frutose-6-P / frutose-1,6-bisP; 3) P-enolpiruvato / piruvato.Grupo de discusso:

1.) Citar os efetuadores alostricos positivos e negativos de fosfofrutoquinase no fgado. Quais so as consequncias destes efetuadores no fluxo relativo dos metabolitos atravs da neoglicognese e da gliclise?

METABOLISMO DE CIDOS GRAXOS

1.Os triacilglicerdeos desempenham um papel de reserva de energia metablica. Algumas de suas propriedades fsico-quimicas so ideais para essa funo: a) elevado grau de reduo de seus C, maximizando a quantidade de energia livre liberada na oxidao e b) alta hidrofobicidade, permitindo estocagem livre de gua (estoques anidros). No por acaso que os triglicerdeos compe cerca de 90% da reserva de energia metablica e tambm da dieta lipdica dos humanos.

2.A reserva de triacilglicerdeos do tecido adiposo mobilizada atravs da hidrlise a glicerol e cidos graxos livres, catalisada por lpase especfica. Os cidos graxos livres so carregados pela corrente sangunea na forma de complexos com albumina, que representa 50% da protena do plasma. cidos graxos livres so muito insolveis, a ~1microM formam micelas, que so altamente txicas.

3.A via catablica de degradao de cidos graxos para produo de ATP ocorre na matriz mitocondrial e se chama beta-oxidao. Esta via leva clivagem sequencial da cadeia do cido graxo em pares de C, liberando a cada ciclo: 1acetilCoA, 1NADH e 1FADH2 (ver reaes abaixo), que alimentaro, respectivamente, o ciclo de Krebs e a cadeia respiratria. Mas, a beta-oxidao exige previamente uma ativao inicial que consome 1 ATP e libera o cido graxo na forma de acilCoA. Esta etapa preliminar de ativao se d associada membrana externa da mitocndria e, a transferncia da acilCoa para dentro da mitocndria, mediada pela carnitina.Reaes de um ciclo de beta-oxidao

O

R CH2 CH2 CH2 C S-CoA

(acil-CoA)

oxidao

FAD

FADH2 H OR CH2 C = C C S-CoA

(enoil-CoA)

Hhidratao

H2O

HO H OR CH2 C C C S-CoA

(L-hidroxiacil-CoA)

H Hoxidao

NAD+

NADH

O O

R CH2 C CH2 C S-CoA

(ceto acil-CoA)

tilise

CoA

O

O

R CH2 C S-CoA+H3C C S-CoA(acetil-CoA)

4. A oxidao completa de uma molcula de palmitato (16C) a CO2 e H2O, atravs da beta-oxidao, ciclo de Krebs e cadeia respiratria, rende 129ATP. importante destacar que este rendimento, medido em ATP/mol-oxidado, muito superior ao da oxidao completa de aucares e protenas, pois a oxidao de um cido graxo leva liberao de 37,6kJ/g de energia livre, enquanto oxidao de aucares ou protenas libera apenas 16,7kJ/g.

5. Os cidos graxos so sintetizados no citosol por via anablica prpria que adiciona sequencialmente unidades de 2C cadeia em crescimento. Esta via alimentada por acetilCoA, mas s a primeira unidade de 2C entra como acetilCoA, as subseqentes so na forma de malonilCoA. Portanto, o acetilCoA precisa ser previamente ativado a malonilCoA, por carboxilao e consumo de 1ATP, para permitir a reao de condensao, levando ao crescimento da cadeia do cido graxo de uma unidade de 2C, por ciclo de sntese. A ativao de acetilCoA catalisada pela acetilCoA-carboxilase, uma enzima sujeita a controle complexo, envolvendo regulao alostrica e ativao / desativao por modificao covalente (fosforilao / desfosforilao).

6.A sntese de palmitato (16C) altamente endergnica, obedecendo a sequinte estequiometria:AcetilCoA+7malonilCoA+14NADPH+7H+ palmitato+7CO2+14NADP++8CoA+6H2OA elongao da cadeia alm de 16C e a insero de duplas ligaes feita por outros sistemas enzimticos especializados, que se localizam na membrana do retculo endoplasmtico. Mas, mamferos no possuem enzimas para introduzir duplas ligaes em cadeias de cidos graxos acima do C9. Por isso, linoleato (18:2) e linolenato (18:3), so cidos graxos essenciais que precisam ser adquiridos pela dieta.

7. importante destacar que animais degradam eficientemente glicose at acetilCoA pela gliclise e assim podem converter C de acar em cadeias de lipdeo de reserva. Mas, estes organismos no podem fazer o caminho de volta de cadeias de cido graxo para glicose, pois no possuem reaes que convertam acetilCoA em piruvato ou oxalacetato.

Grupo de discusso:

1.) Ponto de fuso dos cidos graxos. Os pontos de fuso de uma srie de cidos graxos de 18 tomos de carbono so: cido esterico (69,9oC), cido olico (13,4oC), cido linolico(-5oC) e cido linolnico (-11oC). Que aspecto estrutural destes cidos graxos de 18 carbonos pode ser correlacionado com o ponto de fuso? Fornea uma explicao molecular para esta tendncia do ponto de fuso.2.) Mostre como os cidos graxos so ativados antes de serem degradados. Em que compartimento celular isso ocorre?

3.) Aonde e sob que forma so estocados os cidos graxos? Como os cidos graxos da reserva metablica so mobilizados para serem oxidados na matriz mitocondrial?

4. Explique os passos da -oxidao dos cidos graxos, partindo de uma molcula de palmitato. Calcule o rendimento energtico da oxidao completa de palmitato a CO2 e H2O.

5.) Na -oxidao, a cadeia de cidos graxos degradada aos pares de carbono. Na sntese de cidos graxos, a cadeia cresce tambm aos pares de carbono. No entanto, o precursor na elongao da cadeia, durante a sntese, malonil-CoA e no acetil-CoA. Explique porqu.

CICLO DAS PENTOSES1. Muitas funes celulares que envolvem reaes endergnicas so efetuadas graas hidrlise exergnica de ATP. Outras reaes endergnicas, como a sntese de cidos graxos e colesterol e a fotossntese, requerem NADPH, que tem um grande poder redutor.

2. O grupo fosforila no carbono 2 de uma das unidades de ribose do NADPH o diferencia de NADH. NADH oxidado pela cadeia respiratria para gerar ATP, enquanto que NADPH serve como um doador de eltrons em reaes biossintticas redutoras.

3. Na via das pentoses, NADPH gerado quando a glicose-6-fosfato oxidada a ribose-5-fosfato, que um acar de 5 carbonos, componente de vrios compostos importantes, como ATP, CoA, NAD+, FAD, RNA e DNA.

4. A via das pentoses tambm catalisa a interconverso de acares de 3, 4, 5, 6 e 7 carbonos, em uma srie de reaes no oxidativas que ocorrem no citosol.

5. As reaes da via das pentoses so as seguintes:

glicose-6-fosfato desidrogenado e convertido a ribulose-5-fosfato, em trs reaes, produzindo 2 NADPH + H+.

ribulose-5-fosfato isomerizada a ribose-5-fosfato.

Nestas reaes, 2 NADPH + H+ e uma ribose-5-fosfato so gerados para cada glicose-6-fosfato oxidada.

ribose-5-fosfato convertida a gliceraldedo-3-fosfato e frutose-6-fosfato pela transcetolase e transaldolase. A transcetolase catalisa a transferncia de unidades de C2 de uma cetose para uma aldose. A transaldolase transfere unidades de C3 de uma aldose para uma cetose.

As reaes de transcetolase e transaldolase criam uma ligao reversvel entre a via das pentoses e a via glicoltica. O resultado dessas reaes a formao de 2 hexoses e 1 triose a partir de 3 pentoses:C5 + C5 C3 + C7 Transcetolase C7 + C3 C4 + C6 Transaldolase C5 + C4 C3 + C6 Transcetolase

6. O excesso de ribose-5-fosfato formado pela vias das pentoses pode ser completamente convertido em intermedirios da via glicoltica.

7. A primeira reao da via das pentoses, a desidrogenao da glicose-6-fosfato, praticamente irreversvel. E essa a reao em que a via das pentoses controlada. O fator regulatrio mais importante o nvel de NADP+, o receptor de eltrons na oxidao da glicose-6-fosfato a 6-fosfogluconolactona. Alm disso, NADPH compete com NADP+ pela ligao enzima. A parte no oxidativa da via das pentoses controlada principalmente pela disponibilidade de substratos.]]

8. A via percorrida pela glicose-6-fosfato depende da necessidade celular de NADPH + H+, ribose-5-fosfato e ATP:

Quando muito mais ribose-5-fosfato requerida que NADPH + H+, a maior parte de glicose-6-fosfato convertida a frutose-6-fostato e gliceraldedo-3-fosfato pela via glicoltica, a transaldolase e a transcetolase convertem esses em ribose-3-fosfato.

Quando a necessidade de NADPH + H+ e ribose-5-fosfato esto balanceadas, a reao predominante a formao de 2 NADPH e uma ribose-5-fosfato de glicose-6-fosfato pela fase oxidativa da via das pentoses.

Quando muito mais NADPH + H+ requerido que ribose-5-fosfato, a glicose-6-fosfato completamente oxidada a CO2, ou convertida a piruvato.Grupo de discusso:

1.) Mostre os produtos das vias das pentoses e seus destinos.

METABOLISMO DE AMINOCIDOS

1. Em animais, o N do grupo amino dos aminocidos so eficientemente obtidos a partir de NH4+ pelas reaes catalisadas pelas enzimas desidrogenase glutmica e glutamina sintetase, fornecendo, respectivamente, glutamato e glutamina.

2. Ainda em animais de forma geral, os aminocidos alanina e aspartato podem ser obtidos a partir de, respectivamente, piruvato e oxalacetato, atravs da reao de transaminao tendo glutamato como doador de grupo amino. Outros aminocidos exigem reaes adicionais, alm da transaminao para sua sntese final. Mas, como regra, os esqueletos de C dos aminocidos so obtidos a partir dos intermedirios da gliclise, do ciclo de Krebs e do ciclo das pentoses.

3. H, no entanto, aminocidos que no podem ser sintetizados por animais devido a falta do precursor que fornece o esqueleto de C. Estes so ditos aminocidos essenciais e tem que ser obtidos na dieta. Por exemplo, humanos tem que conseguir da dieta 9 aminocidos essenciais.

4. Triglicerdeos e glicognio so compostos de reserva, mobilizados quando h necessidade de energia. Em animais, no existem espcies de protena com funes de reserva energtica, mas no jejum prolongado protenas so hidrolisadas para liberar aminocidos que sero catabolisados para produo de energia. O fgado o centro de catabolisao de aminocidos.

5. O catabolismo de aminocidos envolve a eliminao de N na forma de NH4+ e a transformao dos esqueletos de C em intermedirios da gliclise e do ciclo de Krebs.

6. Duas reaes principais permitem a eliminao do amino grupo. Diversos aminocidos podem transferir o grupo amino para o alfa-cetoglutarato numa reao catalisada por transaminases:

aspartato + alfa-cetoglutarato oxalacetato + glutamato

7. Por outro lado, glutamina e glutamato podem ser desaminados em reaes catalisadas pela glutaminase e desidrogenase glutmica, respectivamente: glutamina + H2O glutamato + NH4+glutamato + NAD+ (ou NADP+) + H2O NH4+ + alfa-cetoglutarato + NADH (ou NADPH) + H+O ction amnio txico, sendo utilizado para a sntese de glutamina ou convertido em uria no ciclo correspondente, para fins de excreo.

8. Aminocidos como alanina, aspartato e glutamato so ditos glicognicos porque podem ser convertidos em, respectivamente, piruvato, oxalacetato e alfa-cetoglutarato, que, por sua vez, podem ser transformados em fosfoenolpiruvato para sntese de glicose. J os aminocidos leucina e lisina so chamados cetognicos por produzirem exclusivamente acetilCoA como produto de degradao, portanto servindo sntese de corpos cetnicos, mas no de glicose.Grupo de discusso:1.) O que so aminocidos glicognicos e cetognicos? D exemplos e explique mostrando as reaes relevantes do metabolismo.

2.) Mostre de onde vem e para onde vai os grupamentos amina e o esqueleto carbnico na sntese e degradao dos aminocidos.

ADENDOCICLO DO NITROGNIO.1. Os gases mais abundantes no ar atmosfrico, O2 e N2, so essenciais para a existncia da vida biolgica no planeta Terra, mas divergem quanto reatividade qumica. O O2 tem propriedades de radical livre reagindo com relativa facilidade, da servir muito bem como oxidante final na respirao de todos os organismos. J o N2 possui uma tripla ligao altamente estvel que lhe confere baixssima reatividade qumica. Apesar disso, o N2 gasoso da atmosfera a fonte do elemento N que garante a vida na Terra. Por essas razes fsico-qumicas a reduo do N2 atmosfrico pelos sistemas biolgicos tem caractersticas muito peculiares.

2. A reduo qumica do N2 a NH3 exige condies drsticas, 500 graus Celsius de temperatura e 300 atm de presso, certamente incompatveis com a vida biolgica. Mas bactrias especializadas do gnero Rhyzobium, que so simbiontes de plantas leguminosas, reduzem eficientemente N2 a NH4+, uma espcie qumica totalmente compatvel com o metabolismo de todos os organismos. Portanto, o N2 fixado por essa simbiose entre planta e bactria garante a disponibilidade do elemento N para todas as formas de vida terrestre. As bactrias fixadoras de N2 possuem um complexo enzimtico singular, a nitrogenase. A reao de reduo do N2 a NH4+ (fixao de nitrognio), qual envolve um redutor poderoso a grande investimento de energia na forma de ATP, catalisado pela nitrogenase, qual usa NADPH + H+ como doador de eltrons:

N2 + 8 H+ + 8 e- + 16 ATP + 16 H2O 2 NH3 + H2 + 16 ADP +16 Pi3. A volatilidade do NH4+ (NH3 + H+) no favorece sua permanncia no solo, mas existem bactrias autotrficas de vida livre, muito abundantes e largamente disseminadas, que so especializadas na oxidao do ction amnio a nitrito e nitrato para fins de obteno de energia metablica. Desta maneira o elemento N estavelmente depositado no solo na forma de espcies qumicas, sais de nitrito e nitrato, que so eficientemente absorvidas pelas razes das plantas e prontamente reduzidas a NH4+ no interior da clula vegetal.

As etapas sumariamente mencionadas compreendem o ciclo do nitrognio na natureza: a) reduo do N2 a NH4+; b) oxidao de NH4+ a nitrito e nitrato; c) reduo de nitrito e nitrato a NH4+ e d) transformao do elemento N de inorgnico para orgnico com a sntese de aminocidos a partir de NH4+, reao possvel em todas a formas de organismos biolgicos.

CONTROLE HORMONAL DO METABOLISMO e INTEGRAO METABLICA.1. A regulao metablica feita de interferncia direta de determinadas reaes qumicas que compem o metabolismo, aumentando ou reduzindo sua velocidade. O resultado direto deste processo a maior oferta de substratos ou acmulo de metablitos que acabar por influenciar outras vidas dependentes destes compostos e a forma mais eficiente de regulao desta rede aumentar a concentrao ou alterar a eficincia da enzima.

2. Pode se controlar a sntese ou degradao enzimtica; tambm se pode modular a atividade enzimtica atravs de mudanas conformacionais da prpria enzima provocada atravs da ligao de compostos ou grupos na cadeia peptdica: regulao alostrica e regulao por modificao covalente. A concentrao enzimtica tambm pode variar conforme a oferta do substrato; alterao mediada atravs de hormnios.

3. Hormnios so sinais qumicos que permitem a comunicao entre clulas. So sintetizados em clulas glandulares para atingir clulas alvo atravs da circulao sangunea. As clulas alvo respondem a hormnios especficos por possurem os respectivos receptores hormonais. A ligao do hormnio ao receptor segue uma reao de equilbrio semelhante interao enzima-substrato: H + R [RH]: a constante de dissociao de RH (KD), correspondente reao inversa muito baixa - (10-12 a 10-9 M) - devido alta afinidade entre hormnio e receptor.

4.Uma parte importante dos receptores hormonais so protenas integrais de membrana, muitas da quais tem, atualmente, sua estrutura primria conhecida e sua estrutura tridimensional modelada, em conseqncia da clonagem e seqenciamento dos seus respectivos genes. Por exemplo, o receptor -adrenrgico do hormnio adrenalina, encontrado em hepatcito e outros tipos celulares, possui um peso molecular de 64 kD, compreendendo uma nica cadeia peptdica que, de maneira serpentiforme, atravessa a membrana 7 vezes, deixando do lado extracelular, a extremidade N-terminal e 3 alas, e do lado intracelular, outras 3 alas mais a extremidade C-terminal. A poro extracelular do receptor contm o stio de ligao da adrenalina, enquanto a poro intracelular se associa a um trmero de protenas conhecidas como protena-G, por ter um stio especfico para ligao do nucleotdeo GTP. So hoje conhecidos mais de 1000 receptores, de mltiplos hormnios, com esta estrutura bsica formando a superfamlia chamada dos receptores associados a protena-G. A funo deste receptor transduzir o sinal adrenalina de fora para dentro da clula, processo que mediado pelas protenas-G. H tambm receptores presentes no citoplasma nuclear e citoplasmtico e neste caso, o hormnio precisa ter alta solubilidade a lipdeos, atravessando a membrana plasmtica como os hormnios esterides para encontrar o seu receptor dentro da clula.

4. Os hormnios esto envolvidos no metabolismo em dois nveis: induo ou represso gnica de determinadas enzimas ou atravs da modificao covalente: A fosforilao mediada pelas protenas quinases que transferem o grupo fosfato do ATP para resduos especficos de serina, treonina e tirosina, formando uma ligao ster fosfrico ou a retirada do grupo fosfato catalisada pela ao de fosfoprotenas fosfatases atravs da hidrlise.

5. A ligao de adrenalina ao receptor -adrenrgico acoplado a protena G ativa a enzima adenilato ciclase atravs da ativao da subunidade (por ligao de GTP), presente na face interna da membrana citoplasmtica, qual ativa a adenilato ciclase, catalisando a formao de cAMP a partir de ATP e desencadeando a transduo de sinal. A descoberta de cAMP, por Sutherland e colaboradores h cerca de 40 anos, levou criao do conceito do segundo mensageiro da ao hormonal, sendo cAMP o primeiro a ser descrito, e permitiu dar incio progressiva compreenso dos mecanismos de ao do receptor de adrenalina. Devemos lembrar que os primeiros mensageiros qumicos extracelulares so os hormnios. cAMP tem efeito transiente e hidrolisada pela ao da fosfodiesterase. Na clula, o balano entre as reaes de sntese (a) e degradao (b) regula a concentrao intracelular do cAMP.

a) ATP + H2O cAMP + 2 Pi; catalisada pela adenilato ciclase

b) cAMP + H2O AMP; catalisada pela fosfodiesterase.

7. A base da ao metablica do cAMP a ativao alostrica de uma quinase cujos substratos so protenas, sendo conhecida como protena quinase dependente de cAMP, ou simplesmente PKA (Protein Kinase dependent on cAMP). A PKA, uma vez ativada, catalisa a fosforilao ativadora (modificao covalente) de uma cascata de protenas quinases que terminam na fosforilao da fosforilase a e da sintase do glicognio, causando, respectivamente, a ativao e a inativao dessas enzimas. O resultado final dessa seqncia de ativaes enzimticas, com alternncia de regulao alostrica e modificao covalente, a fosforlise do glicognio liberando glicose-1P, comandada por sinais hormonais extracelulares.

8. Os efeitos de ativao ou no da via dependem do receptor ativado, no caso dos receptores adrenrgicos, os efeitos de 1 so mediados atravs dos ons clcio e e a ativao de 2 leva a inibio da via de adenilato ciclase. H casos aonde a protena G do tipo Gs sendo ativadora de adenilato ciclase e do tipo GR inibindo a adenilato ciclase. Algumas toxinas podem ativar ou bloquear a via de transduo de sinal: toxina da clera e a toxina da coqueluche.

9. Dois hormnios so os principais responsveis pelo equilbrio da concentrao da glicose circulante: Glucagon e insulina.

10. O glucagon um hormnio que tem efeitos equivalentes ao da adrenalina no controle do metabolismo do glicognio: possui um receptor da famlia dos receptores acoplados a protena-G e ativa a cascata que se inicia com cAMP/PKA. Este liberado em condies de hipoglicemia ativando processos degradativos para manuteno da glicemia sangunea. A PKA (protena quinase ativada por cAMP) fosforila a fosforilase quinase tornando-a ativa. A fosforilase quinase fosforila agora glicognio fosforilase. A glicognio fosforilase ativada (quando fosforilada, glicognio fosforilase b a) catalisa a hidrlise de resduos de glicose do glicognio liberando grupos de glicose-1-fosfato. No mesmo tempo, a fosforilase quinase, ativada pela cascata do receptor de glucagon-protena-G, cAMP/PKA, fosforila a glicognio sntase , a qual se torna inativa quando fosforilada (sntase I sintase D).

b) A insulina tem efeito oposto, promove a absoro de glicose pelo fgado e msculos e usa deposio nas reservas de glicognio. Mas importante notar que a insulina tem mecanismos de ao totalmente diferentes da adrenalina e do glucagon. Os receptores de insulina no pertencem famlia dos receptores acoplados a protena-G e no tm ao sobre a adenilato ciclase. Seus receptores so do grupo de receptores cujo domnio intracelular apresenta atividade intrnseca de protena-quinase de tirosina. A insulina estimula fosfoprotenas fosfatases. Para reverter a ao do glucagon, a insulina promove a ativao da fosfoprotena fosfatase que catalisa a desfosforilao da glicognio fosforilase e da glicognio sintase, levando a inativao da primeira (fosforilase a b) e ativao da segunda (sntase D sintase I). Desta forma o fluxo glicoseglicognio favorecido. O transporte da glicose no interior das clulas com a atuao da insulina um processo passivo mediado por uma famlia de permeases denominadas GLUT (glicose transporter).

11. Respostas celulares rpidas desencadeadas por hormnios s podem ser obtidas atravs da ativao, ou da inibio, de enzimas pr-existentes. Hormnios esterides (por exemplo cortisol) quando secretados difundem-se pela membrana citoplasmtica e ligam-se ao seus receptores intracelulares os quais, quando ativados, promovem no ncleo a regulao do metabolismo pela induo da transcrio de genes que codificam enzimas especficas, levando sntese de novo das protenas correspondentes, fenmeno conhecido como induo enzimtica. Mas o mecanismo de induo enzimtica desencadeado por hormnios resulta necessariamente numa resposta celular lenta, uma vez que os RNAs mensageiros (mRNAs) precisam ser transcritos, processados, transportados para o citoplasma e finalmente traduzidos para produzir as protenas enzimticas exigidas.

12. A adrenalina estimula uma resposta local no msculo. A liberao de adrenalina induzida por estmulo nervoso autnomo em situaes de perigo, exerccio fsico, e hipoglicemia e induz a degradao do glicognio com os fins de fornecer glicose-1-fosfato como fonte de energia para atividades musculares que permitem ao animal reagir a estas situaes.

13. Regulao da gliclise e gliconeognese

A gliclise uma das vias metablicas prinicipais para o fornecimento de energia. No fgado, encontra-se tambm a gliconeognese, a qual , de forma geral, uma via antagnica da gliclise. A regulao das duas vias feita de forma reciproca, isto , quando uma delas est ativa, a outra est inibida. H trs vias sob controle metablico: as converses reversveis de: (i) glicose para glicose-6-fosfato (hexoquinase e glicose-6-fosfatase); (ii) frutose-6-fosfato e frutose-1,6-bisfosfato (fosfofrutoquinase e frutose-1,6-bisfosfatase; e (iii) fosfoenolpiruvato e piruvato (piruvato quinase e fosfoenolpiruvato carboxiquinase, piruvato carboxilase).

A fosfofrutoquinase o principal ponto de regulao da gliclise. AMP e frutose-2,6-bisfosfato agem como efetuadores alostricos positivos. A formao de frutose-2,6-bisfosfato est sob controle hormonal. Em condies de hipoglicemia, o glucagon estimula a produo de cAMP no fgado. Isso ativa a PKA a fosforilar e inativar a fosfofrutoquinase e ativar a frutose-bisfosfatase-2, diminuindo a concentrao de frutose-2,6-bisfosfatase. Como resultado, o equilbrio entre as reaes de fosfofrutoquinase alterado, em favor da sntese de frutose-6-fosfato, aumentado o fluxo gliconeognico e a sntese de glicose-6-fosfato. Ao contrrio, em condies de hiperglicemia, as concentraes de cAMP diminuram, e o consequente aumento de frutose-2,6-bisfosfato ativa a fosfofrutoquinase e promove a gliclise.FOTOSSNTESE

1. A fotossntese o processo pelo qual a energia luminosa transformada em energia qumica e poder redutor, armazenada nas molculas de ATP e NADH +H+. Num segundo passo fase escura (na verdade, fase independente de luz) a energia armazenada utilizada para sntese de glicose a partir de CO2 +H2O. A fotossntese ocorre nos cloroplastos, uma organela que, como a mitocndria, possui uma membrana externa altamente permevel e uma membrana interna praticamente impermevel, separadas por um espao intermembranar.

A equao geral da fotossntese :

6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2 Go= +2.870 KJ x mol-13. As reaes dependentes de luz ocorrem na membrana tilacide e envolvem processos semelhantes ao transporte de eltrons e fosforilao oxidativa da mitocndria. As reaes independentes de luz ocorrem no estroma.

4. Os primeiros estudos de fotossntese realizados levaram concluso de que CO2 era a fonte do O2 gerado na fotossntese. Em 1931, entretanto, demonstrou-se que bactrias fotossintetizantes anaerbicas, sintetizam glicose a partir de CO2, sem gerar O2:

CO2 + 2 H2S luz (CH2O) + 2 S + H2O

5. A reao geral da fotossntese pode ser demonstrada como segue:

CO2 + 2 H2A luz (CH2O) + 2 A + H2O Em cianobactrias, H2A H2S, e em plantas, H2O. Isso sugere que a fotossntese seja um processo de duas fases, nos quais a energia solar utilizada para oxidar H2A (fase clara):

2 H2A luz 2 A + 4[H] e o agente redutor resultante [H] subsequentemente reduz CO2 (fase escura):

4[H] + CO2 luz (CH2O) + H2O

6. O principal fotorreceptor na fotossntese a clorofila. A luz absorvida pelas clorofilas antena e pigmentos acessrios transferida para centros de reao fotossintticos, onde ocorrem as principais reaes da fotossntese.

7. Plantas e cianobactrias utilizam o poder redutor gerado pela oxidao de H2O dirigida pela luz para produzir NADPH.

8. A produo de O2 na fotossntese requer 2 fotossistemas: Fotossistema I (P700) gera um forte agente redutor, capaz de reduzir NADP+, e concomitantemente, um oxidante fraco; Fotossistema II (P680) gera um forte agente oxidante, capaz de oxidar H2O, e concomitantemente, um redutor fraco. O redutor fraco reduz o oxidante fraco. Assim, fotossistemas I e II precisam funcionar em srie para acoplar a oxidao da H2O com a reduo de NADP+ (transferncia de eltrons de H2O para NADP+, formando O2 e NADPH + H+).

9. Quando iluminado, o FS II passa para uma forma excitada e perde eltrons, os quais so transportados por reaes de xido-reduo para o fotossistema I. O PS I iluminado fornece eltrons para a reduo de NADP+. Como resultado temos a oxidao do FS II e a reduo do FS I. A reposio de eltrons em PS II feita por eltrons provenientes da oxidao de gua e, em PSI, por eltrons emitidos por PSII.

10. Os componentes envolvidos no transporte de eltrons de H2O para NADP+ com produo de NAPDPH + H+ esto organizados em trs partculas, que esto ligadas a membrana tilacide: (1) fotossistema II; (2) complexo do citocromo b6f; (3) fotossistema I (fotofosforilao no-ciclica).

11. Os cloroplastos geram ATP de maneira muito semelhante da mitocndria, ou seja, atravs do acoplamento da dissipao de um gradiente de prtons sntese de ATP.

12. Na fotofosforilao cclica, os eltrons emitidos por P700 (PSI) so transferidos ao complexo citocromo b6f, retornando finalmente a P700. No h sntese de NADPH + H+, nem liberao de oxignio.

13. Na fase clara da fotossntese, ATP e NADPH + H+ so sintetizados, e esses so utilizados na fase escura para a sntese de carboidratos. A via pela qual as plantas incorporam CO2 em carboidratos denominada de Ciclo de Calvin.

14. O ciclo de Calvin engloba duas fases: (1) a fase de produo, na qual 3 molculas de ribulose-5-fosfato reagem com 3 molculas de CO2, gerando 6 molculas de gliceraldedo-3-fosfato, com o gasto de 9 ATPs e 6 NADPH + H+; (2) a fase de recuperao, na qual os tomos de carbono de 5 gliceraldedo-3-fosfato entram em uma srie de reaes para dar origem a 3 ribulose-5-fosfato, com as quais o ciclo recomea.Grupo de discusso:

1.) Porque as folhas das plantas so verdes? Explique em termos de composio e espectro de absoro dos pigmentos foliares.

2.) Compare a fase clara da fotossntese com o processo de respirao na mitocndria, indicando diferenas e semelhanas.

3.) Sabe-se que a produo de O2 na fotossntese requer o funcionamento de dois fotossistemas. Explique resumidamente como ocorre a interao entre os dois fotossistemas, incluindo doador e receptor de eltrons no processo.

4.) Explique a regulao do ciclo de Calvin, mencionado as enzimas-chave sujeitas a regulao e como as reaes da fase controla5.) Explique como algumas bactrias anaerbicas podem realizar a fotossntese.

6.) Explique como organismos fotossintetizantes sintetizam carboidratos a partir de CO2 e H2O.

PROFESSORES

Nadja Cristhina de Souza Pinto - COORDENADORA

Fbio Luis Forti

Ricardo Giordano

Mrio Jos Politi

DOUTORANDO RESPONSVEL PELA DISCIPLINA

Felipe Augusto Godoy

2013