Metabolismo de Carboidratos

INTRODUÇÃO

O metabolismo pode ser definido como uma rede altamente integrada de transformações químicas, catalisadas por enzimas, que ocorrem, em uma célula e/ou organismo vivo.

Em cada via, o substrato da via é transformado em um produto que poderá ser utilizado como substrato para a via subsequente.

Catabolismo: converte as moléculas de nutrientes complexas em substância mais simples liberando energia biologicamente utilizável.

Anabolismo: utiliza as moléculas simples e as transforma em compostos complexos à custa de energia. Ocorrem simultaneamente na mesma célula.

Substratos: carboidratos (CHO), lipídeos (LIP) e proteínas (PTO).

Ou seja, o metabolismo são caminhos cruzados que levam a célula ao propósito de manter-se viva e organizada.


METABOLISMO

Metabolismo celular pode ser definido como o conjunto de transformações químicas, catalisadas por enzimas, que ocorrem na célula e/ou organismo, formando um emaranhado de reações.

Trocam matéria e energia entre a célula e ou seu ambiente. Permite a célula obter energia química das moléculas de CHO, LIP e PTO, ou então, utilizar diretamente a energia luminosa.

Classificação metabólica dos organismos vivos

- Segundo a fonte de nutrientes - carbono:
Autotróficos: organismos que utilizam o CO2 como a única fonte de carbono.
Heterotróficos: não podem utilizar o CO2 como fonte de carbono e então precisam obter o carbono a partir de seu ambiente.

- Segundo a natureza da fonte de energia:
Fototróficos: utilizam a luz como fonte de energia
Quimiotróficos: utilizam a energia obtida através das reações de oxirredução. Neste caso, os elétrons são transferidos dos doadores de elétrons (agente redutor) para os aceptores de elétrons (agente oxidante) neste caso o CO2.
Quimiorganotróficos: são aqueles organismos que requerem moléculas orgânicas complexas, como a glicose, como doadora de elétrons.
Quimiolitrotróficos: utilizam doadores simples de elétrons, tais como hidrogênio, sulfato de hidrogênio, amônia ou enxofre.

- Segundo o aceptor final de elétrons
Aeróbios
Anaeróbios

Catabolismo

É a fase degradativa do metabolismo. As reações do catabolismo são acompanhadas pela liberação de energia química conservada na forma de ATP e em carreadores de elétrons reduzidos como NADH, NADPH, ou dissipada na forma de calor.

Estágio 1: transformação das macro em monoméricas: polissacarídeo em monossacarídeo. proteína em aminoácidos, lipídeo em ácidos graxos e álcool.
Estágio 2: transformação de unidades monoméricas em Acetil-CoA.
Estágio 3: oxidação do Acetil-CoA a CO2, com formação de água e liberação de energia.

Anabolismo

É a fase edificadora ou biossintética do metabolismo. As reações anabólicas reúnem moléculas pequenas, com aminoácidos para formar moléculas complexas, como as proteínas, monossacarídeos para formar polissacarídeos, nucleotídeos para formar os ácidos nucléicos. Neste caso existe requisição de energia para que as reações ocorram, gasta-se ATP.

O catabolismo e o anabolismo ocorrem simultaneamente no nosso organismo.


VIAS METABÓLICAS

De um modo geral, as vias catabólicas e anabólicas estão relacionadas, nas vias catabólicas, os metabólicos complexos são degradados em produtos simples com liberação de energia química: o ATP e o NADH. No caminho anabólico, as unidades monoméricas são utilizadas para a síntese de macromoléculas complexas, com gasto de energia química (ATP e NADH).

Um número relativamente pequeno de metabólicos serve como matéria-prima inicial para uma gama variada de produtos.

Controle do fluxo metabólico

- Genético
Exemplo: níveis elevados de insulina, resultantes de altos níveis de glicose no sangue, levam a um aumento na síntese de enzimas-chave do metabolismo de glicose.
- Controle alostérico
Retroalimentação negativa: o produto de uma via inibe uma das etapas anteriores. Geralmente, o produto final inibe a primeira reação da via.
- Modificação covalente
São processos de modificação enzimática que alteram a atividade das enzimas. Fosforilação (cinases), Desfosforilação (fosfatases).
- Composto de alta energia
Oxidação: o ATP é a energia química utilizada para promover os processos biológicos que consomem energia na célula. A utilização do ATP ocorre através da remoção e transferência de seu grupo fosfato treminal para moléculas aceptoras. O ATP é continuamente hidrolisado e regenerado.
Lembrando que a oxidação ocorre quando há perda de elétrons e prótons e também quando átomos de carbono são convertidos em CO2.


ALIMENTOS X NUTRIENTES

Alimentos são materiais que o organismo recebe para satisfazer as suas necessidades de manutenção, crescimento, trabalho e restauração dos tecidos.
Nutrientes são substâncias químicas que constituem os alimentos. Os nutrientes podem ser:
- Energéticos: LIP e CAR
- Plásticos: CAR, LIP, PTO, minerais
- Reguladores: Vitaminas e Sais minerais


1 - METABOLISMO DE CARBOIDRATOS

Objetivo: servem para fornecer energia, reservar energia e como intermediários metabólicos.

Tipos:
- Polissacarídeos (é o que comemos): amido e celulose de origem vegetal / glicogênio de origem animal
- Dissacarídeos: sacarose, lactose e maltose
- Oligossacarídeos: possuem de 3 a 10 cadeias de monossacarídeos
- Monossacarídeos: glicose, frutose, galactose e manose

Digestão do amido:

O polissacarídeos entra na boca (pH neutro) através da amilase salivar onde ocorrem as primeiras quebras transformando-o em oligossacarídeo, vai para o esôfago, depois estômago (pH ácido), onde ocorre a inativação da amilase salivar, depois intestino delgado onde ocorre a ação da amilase pancreática, fazendo com que o restante do amido que é oligossacarídeo, vire monossacarídeo (maltose) e dissacarídeo (dextrina), sendo então absorvidos. Os dissacarídeos que ficaram no intestino liberarão monossacarídeos através das bordas das células intestinais. Esses monossacarídeos vão para o sangue, depois entra nos tecidos e então poderão ser degradados ou sintetizados (vai depender da necessidade do organismo).

Como ocorre a entrada da glicose nas células?

A glicose entra na célula através da difusão facilitada e pode ou não depender de insulina. O que é uma difusão facilitada? tipo de transporte passivo em que as moléculas precisam de uma proteína transportadora para atravessarem a membrana. GLUT-1 a GLUT-5.

Difusão facilitada INDEPENTENDE de insulina: cérebro e fígado. O GLUT-2 é o transportador de glicose para este caso.

Difusão facilitada DEPENDENTE de insulina: tecidos periféricos (muscular e adiposo). O GLUT-4 é o transportador de glicose para este caso.

A insulina se liga ao seu receptor e manda um sinal para o transportador de glicose ir para a membrana, o transportador chega na membrana e abre o canal para que a glicose entre na célula.


1.1 CATABOLISMO DE GLICOSE

Primeiro e principal açucar utilizado como fonte de energia para a maioria dos organismos.
Portanto, a Glicólise é a rota principal do metabolismo dos carboidratos, pois os sacarídeos provenientes da dieta, são oxidados a piruvato como produto final nesta via.

Glicólise: é uma via central quase universal do catabolismo da glicose. Processo anaeróbico (não necessita de O2) que ocorre no citoplasma.

Funções da Glicólise:
- obtenção de energia a partir da glicose;

- em organismos aeróbicos, primeiro passo (preparatório) para a oxidação completa da glicose;
- fonte de intermediários biossintéticos (catabólica e anabólica).

Ocorre em uma sequência de 10 reações, transformando a molécula de glicose em duas de piruvato, com produção de ATP e redução da coenzima NAD+. Permite a produção de ATP em tecidos sem mitocôndria (ex. eritrócitos) ou em células em O2.

O piruvato formado tem três caminhos:
- Sem O2: fermentação alcóolica (etanol) e fermentação láctica (lactato)
- Com O2: Ciclo de Krebs e Cadeia Respiratória (oxidado completamente em CO2).

A glicose é uma hexose (monossacarídeo) com seis carbonos (C6 H12 02) é hidrolisada em 2 moléculas de piruvato, a cada uma como 3 carbonos, em uma sequencia de 10 reações.

As 5 primeiras reações constituem a fase preparatória da via (primeira fase):
- Primeira reação: a glicose é fosforilada no carbono 6 se transformando em glicose-6-fosfato.
- Segunda reação: a glicose-6-fosfato é convertida em frutose-6-fosfato
- Terceira reação: a frutose-6-fosfato é novamente fosforilada no carbono 1, liberando a frutose-1,6-bifosfato. O ATP é o doador de fosfato nas duas fosforilações.
- Quarta reação: a frutose-1,6-bifosfato é quebrada para liberar duas moléculas com 3 carbonos (a diidroxiacetona fosfato e o gliceraldeído-3-fosfato).
- Quinta reação: a diidroxiacetona fosfato é isomerizada.

Na segunda fase, cada molécula de gliceraldeído-3-fosfato é oxidada e fosforilada por fosfato inorgânico para formar 1,3-bifosfoglicerato. A liberação de energia ocorre quando as duas moléculas de 1,3-bifosfoglicerato são convertidas em duas moléculas de piruvato e formação de quatro moléculas de ATP para cada glicose.

Lembrando que desidrogenação é a retirada de hidrogênio (quem faz são as desidrogenases). Esses hidrogenios retirados são transferidos para o NAD+.

Ou seja, na glicólise ocorre, com consumo de duas moléculas de ATP, degradação de uma molécula de glicose em 2 de piruvato, desidrogenação com consequente formação de duas moléculas de NADH que irão para a Cadeia Respiratória e liberação de energia que possibilita a formação de quatro moléculas de ATP.

Vamos ver detalhadamente cada reação da via glicolítica:

Reação 1: Fosforilação da glicose
Ocorre a transferência de um grupo fosfato da molécula de ATP para a glicose, formando a glicose-6-fosfato (G6P).
É uma reação irreversível catalisada pela hexocinase (catalisam a transformação de grupos fosfato). A hexocinase é inibida pelo seu produto (glicose-6-fosfato).
Quem catalisa essa reação no fígado é a cinase (glicocinase) -> sua afinidade pela glicose é baixa ou seja, vai reagir apenas com altas concentrações de glicose nos hepatócitos.

Reação 2: Conversão da glicose-6-fosfato em frutose-6-fosfato
Essa reação é catalisada pela fosfoglicose-isomerase.
É uma reação reversível

Importante lembrar que toda reação irreversível é reguladora ou limitante da velocidade da reação.

Reação 3: Fosforilação da frutose-6-fosfato em frutose-1,6-bisfosfato
A fosfofrutocinase (PFK-1) é que catalisa essa reação. Transfere um grupo fosfato para a frutose-6-fosfato formando frutose-1,6-bisfosfato.
É uma reação irreversível
A PFK-1 é muito importante pois é inibida por níveis elevados de ATP. Níveis aumentados de citrato (do Ciclo de Krebs) também inibe a PFK-1. E é ativada por altas concentrações de AMP.
Essa etapa é limitante da velocidade da glicólise.

Reação 4: Clivagem da frutose-1,6-bisfosfato
A frutose-1,6-bisfosfato é quebrada para formar duas trioses fosfato diferentes. Forma então a diidroxiacetona fosfato (DHAP) e o gliceraldeído-3-fosfato (GAP).
É uma reação reversível.

Reação 5: Isomerização da diidroxiacetona fosfato

FALTA ESSA PARTE

Reação 6: Oxidação e fosforilação do gliceraldeído-3-fosfato e, 1,3-bifosfoglicerato por NAD+ e Pi (fosfato inorgânico) sem uso de ATP.
Essa reação é catalisada pela gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase (GAPDH). A conversão do GAP em 1,3-BPG pela enzima GAPDH é a primeira reação de oxiredução de glicólise.
É uma reação reversível.

Reação 7: Transferência do fosfato do 1,3-bifosfoglicerato para o ADP
Nessa reação é produzido ATP ao nível do substrato junto com 3-fosfoglicerato em uma reação catalisada pela fosfoglicerato cinase (PGK).
É uma reação reversível.
Nessa reação as duas moléculas de ATP utilizadas na primeira fase são pagas.

Reação 8: Conversão do 3-fosfoglicerato em 2-fosfoglicerato
A fosfoglicerato mutase catalisa a transferência reversível do grupo fosforil do glicerato. Ou seja, troca do grupo fosfato carbono 3 para o carbono 2.
É uma reação reversível.

Reação 9: Desidratação do 2-fosfoglicerato para fosfoenolpiruvato
O 2-fosfoglicerato é desidratado a fosfoenolpiruvato. Essa reação é catalisada pela enolase.
É uma reação reversível que retira 1 molécula de H2O do 2-fosfoglicerato para liberar o fosfoenolpiruvato.

Reação 10: Transferência do grupo fosforil do fosfoenolpiruvato para o ADP

Catalisada pela piruvato cinase.

É uma reação irreversível.

O equilíbrio dessa reação favorece a síntese de ATP.

Resumo:

Na primeira fase ocorrem duas fosforilações por ATP. Na segunda fase, duas por fosfato inorgânico e quatro grupos fosfato são transferidos para o ADP, formando quatro ATP. Portanto, para cada molécula de glicose convertida em duas de piruvato pela glicólise, são produzidos 4 ATP, dos quais devem ser descontados os 2 ATPs consumidos na primeira fase da via.

Saldo Bruto: 2 piruvatos, 4 ATP´s, 2 NADH

Saldo Líquido: 2 piruvatos, 2 ATP´s, 2 NADH

Equação da via glicolítica:

Reagente: o que é consumido

1 glicose + 2 ATP + 2Pi + 2 NAD+ + 4 ADP

Produto: o que é formado

2 piruvatos + 2 ADP + 2 NADH + 2 H+ + 4 ATP + 2 H2O

Resultado:

2 piruvatos + 2 NADH + 2 H+ + 2 ATP + 2 H2O

Regulação da Glicólise

Enzimas que catalisam reações irreversíveis regulam a via: hexocinase, fosfofrutocinase, piruvato cinase.

A hexocinase:

Será inibida em altos níveis de glicose-6-fosfato e altos níveis de ATP

Será ativada em altos níveis de ADP e AMP

A glicocinase:

Será inibida em altos níveis de ATP

Será ativada em altos níveis de ADP

A fosfofrutocinase:

será inibida em altos níveis de frutose-6-fosfato, altos níveis de ATP e em altos níveis de citrato (do Ciclo de Krebs)

será ativada em altos níveis de ADP e AMP e também na presença de frutose 2,6-disfosfato (principal ativador da PFK-1)

Níveis aumentados de insulina produzem um aumento de frutose-2,6-disfosfato e na velocidade de glicólise.

Piruvato cinase:

será inibida em altos níveis de ATP, altos níveis de Acetil-CoA e altos níveis de ácidos graxos de cadeia longa; também a AMPc fosforila a piruvato cinase inibindo-a.

será ativada por frutose 1,6 disfosfato.

Quando os níveis de glicose no sangue estão baixos, o glucagon elevado aumenta os níveis intracelulares de AMPc, que inativa a piruvato cinase.

1.2 FERMENTAÇÕES
Destino Anaeróbico do Piruvato

Com O2: oxidação completa via Ciclo do Ácido Cítrico a CO2 e H2O
A substância que substitui o O2 pode ser um composto orgânico ou inorgânico.



1.2.1 FERMENTAÇÃO LÁCTICA

Quando a capacidade oxidativa das células é limitada, o piruvato e o NADH produzidos a partir da glicólise não podem ser oxidados de forma aeróbia. O NADH é reoxidado no citosol em que o aceptor final de hidrogênios é o próprio piruvato que, ao receber os hidrogênios do NADH, transforma-se em lactato.

Objetivo da fermentação láctica: manter a integridade celular produzindo ATP enquanto não tem O2.

Como ocorre?

A lactato desidrogenase faz a reação de piruvato à lactato. O piruvato é reduzido a lactato porque ele ganha elétrons. Ao receber os hidrogênios do NADH, transforma-se em lactato. É uma reação reversível e por isso sempre vai retornar para piruvato (quando voltar a ter O2) para formar ATP.

Percebemos na figura que a lactato desidrogenase catalisa a oxidação de NADH e a redução do piruvato produzindo NAD+ e lactato.
Resultado da glicose anaeróbica:
2 moléculas de ATP
2 moléculas de NADH
2 piruvatos

As concentrações séricas de lactato fornecem detecção rápida e precoce do débito de O2 nos pacientes.

OBS: débito de O2 refere-se ao excesso de O2 necessário para se recuperar de um período em que a disponibilidade de O2 foi inadequada.
IMPORTANTE: por ser uma reação reversível o lactato liberado pelas células é captado por outros tecidos (principalmente o fígado) e oxidado de volta a piruvato. No fígado, o piruvato é utilizado para sintetizar glicose (gliconeogênese) a qual é devolvida para o sangue.

Tecido sem O2 --> fermentação láctica --> se em excesso no músculo --> pressiona o local --> circulação sanguínea --> volta O2 para o tecido --> piruvato --> forma Ciclo de Krebs e Cadeia Respiratória.


1.2.2 FERMENTAÇÃO ALCÓOLICA

- Cada molécula de ácido pirúvico sofre descarboxilação (retirada de gás carbônico), numa reação catalisada pela piruvato descarboxilase; originando o acetaldeído.
- O gás carbônico é eliminado para o meio extracelular.
- O aceltadeído atua como aceptor final dos íons de hidrogênio da coenzima NADH, se convertendo em etanol numa reação catalisada pela enzima álcool desidrogenase que também será eliminada para o meio extracelular.
Produtos finais da fermentação alcóolica: etanol e gás carbônico

1.3 CICLO DE KREBS E CADEIA RESPIRATÓRIA

A oxidação completa da glicose ocorre em duas etapas, e começa com a oxidação do piruvato a dióxido de carbono e H2O

- O piruvato é transferido para a matriz mitocondrial, sofre descarboxilação oxidativa, formando Acetil-CoA.
- O Acetil-CoA é oxidado a dióxido de carbono com redução das coenzimas NAD+ e FAD.
Isso ocorre no Ciclo de Krebs

A segunda etapa é a transferências dos elétrons das conezimas NADH e FADH2 para o O2, liberando energia. A oxidação das coenzimas reduzidas ocorrem na mitocôndria e fazem parte dos componentes da cadeia de transporte de elétrons.

A maioria desses componentes agrupa-se em quatro complexos designados I, II, III, IV que atravessam a membrana interna. Os dois elétrons do NADH são transferidos para o complexo I, do complexo I para CoQ (Coenzima Q), depois para o complexo III, citocromo c, complexo IV e finalmente para o oxigênio. Os elétrons presentes no succionato desidrogenase-FADH2 são transferidos ao complexo II e deste para a CoQ. Desse ponto em diante, seguem o caminho complexo III, citocromo c, complexo IV e, finalmente, para o oxigênio. Essas transferências são possíveis porque todos os compostos presentes nos complexos, mais a CoQ e o citocromo c, podem apresentar-se nos estados reduzido e oxidado.


1.3.1 CICLO DE KREBS

O ciclo do ácido cítrico é uma rota metabólica que utiliza o Acetil derivado dos carboidratos, dos ácidos graxos e dos aminoácidos como substrato.

Função: oxidar o Acetil-CoA a CO2 e H2O, formando duas moléculas de CO2 de maneira que a energia livre liberada é conservada nos compostos reduzidos NADH e FADH2

A primeira etapa que é a descarboxilação do piruvato a Acetil-CoA não faz parte do CK (Ciclo de Krebs). É uma reação necessária para que ocorra o CK através da passagem de piruvato ao Acetil-CoA.

Vamos ver detalhadamente cada reação do CK:
Síntese do Acetil-CoA
Descarboxilação oxidativa do piruvato

Em condições aeróbias, o primeiro passo para a oxidação do piruvato é a sua descarboxilação oxidativa produzindo Acetil-CoA.

Na matriz mitocondrial, o piruvato sofre descarboxilação oxidativa pelo complexo piruvato desidrogenase, formando Acetil-CoA, conectando, portanto, a glicólise e o ciclo do ácido. Ou seja, o grupo carboxila é removido do piruvato na forma de uma molécula de CO2 e os dois carbonos remanescentes tornam-se o grupo Acetil-CoA que são transferidos para a coenzima A (CoA)

É uma reação irreversível: impede a formação de piruvato a partir do Acetil-CoA = explica porque a glicose não pode ser formada a partir do Acetil-CoA. Porque é uma reação irreversível.

Essa primeira etapa não ocorre dentro do CK

Regulação do Complexo Piruvato Desidrogenase


- O aumento de Acetil-CoA, aumento de NADH e de ATP: ativam as quinases, as quais fosforilam o complexo inibindo-o.
- A diminuição do Acetil-CoA, diminuição de NADH e de ATP: ativam as fosfatases, as quais desfosforilam o complexo ativando-o.
- A insulina também ativa as fosfatases, as quais desfosforiam o complexo ativando-o.

Como a insulina ativa o complexo?
A insulina sinaliza abundância de energia. Ela reverte essas inativações ativando a piruvato desidrogenase fosfatase, que remove o grupo fosfato da piruvato desidrogenase. A insulina, também, ativa a síntese do glicogênio pela ativação da fosfoproteína fosfatase. Dessa forma, em resposta ao aumento da concentração de glicose no sangue, a insulina promove a síntese do Acetil-CoA, bem como a de glicogênio.

Lembrando que o Acetil-CoA é derivado do metabolismo de CHO, ácidos graxos e aminoácidos.
Reação 1: Síntese do Citrato a partir do Acetil-CoA a Oxaloacetato.
A reação  é regulada pela enzima citrato sintase. A entrada de Acetil-CoA é importante para reciclar a CoA (Coenzima A). O Acetil-CoA (que contém 2 carbonos) condensa com o oxaloacetato (que contém 4 carbonos) formando o citrato (ficando então com 6 carbonos). Ou seja, ocorre a condensação de uma unidade de dois carbonos, a acetila do Acetil-CoA, com uma de quatro carbonos, o oxaloacetato.
É uma reação irreversível, ou seja, reguladora/moduladora da velocidade da via metabólica.
O oxaloacetato reage com o Acetil-CoA e H2O, originando citrato e CoA numa reação catalisada pela citrato sintase.
A citrato sintase é inibida por seu produto, o citrato, e também por NADH e succinil-CoA. Sua velocidade é determinada pela disponibilidade de Acetil-CoA e do oxaloacetato e pela concentração do succinil-CoA, que compete com o Acetil-CoA e inibe a citrato-sintase. O produto citrato é isomerizado e isocitrato.

Reação 2: Formação do isocitrato via cis-aconitato
A isomerização do citrato é realizado por uma etapa de desidratação seguida de uma hidratação. O resultado é a troca de posições de um átomo de hidrogênio com uma hidroxila.

Reação 3: oxidação e descarboxilação do isocitrato a alfa-cetoglutarato
Ocorre a descarboxilação oxidativa do isocitrato para formar alfa-cetoglutarato na reação catalisada pela isocitrato-desidrogenase. Nessa reação, ocorre a liberação do primeiro CO2 e o primeiro NADH do ciclo do ácido cítrico.
Também é uma reação irreversível e por isso limitante da velocidade da via.

Regulação da isocitrato desidrogenase: altos níveis de ATP e de NADH inibem-a; já altos níveis de ADP ativam-a.

Reação 4: Descarboxilação oxidativa da alfa-cetoglutarato a succinil-CoA
A formação do alfa-cetoglutarato, a partir do isocitrato, dá-se por reação de descarboxilação oxidativa.
A reação na formação do succinil-CoA é catalisada pelo complexo alfa-cetoglutarato-desidrogenase. E nela ocorre a formação do segundo CO2 e produz o segundo NADH do ciclo.

Regulação do complexo alfa-cetoglutarato desidrogenase: altos níves de ATP, GTP, NADH e succinil-CoA inibem-a.

Reação 5: Conversão do succinil-CoA em succinato
A enzima succinil-CoA sintetase catalisa a formação do succinato a partir da succinil-CoA. O GTP e o ATP são energeticamente interconversíveis pela reação da nucleosídeo difosfato cinase:
GTP + ADP <--> GDP + ATP
Fosforilação da difosfato de guanosina (GDP), produz trifosfato de guanosina (GTP).
Ocorre então nessa reação a fosforilação em nível do substrato.

Reação 6: Oxidação do Succinato
O succinato é oxidado a fumarato pela succinato-desidrogenase, produzindo a coenzimar reduzida FADH2 (flavina adenina dinucleotídeo).
O FAD é o aceptor final de elétrons.
O poder redutor do succinato não é o suficiente para reduzir NAD.
A succinato desidrogenase é a única enzima do ciclo do ácido cítrico que está inserida na membrana interna da mitocôndria, por isso funciona como o complexo II da cadeia de transporte de elétrons.

Reação 7: Hidratação do Fumarato
Hidratação do fumarato para formar o malato. Essa reação é catalisada pela fumarase (fumarato-desidrogenase) numa reação livremente reversível.

Reação 8: Oxidação do Malato
Ocorre a transformação do malato em oxaloacetato, numa reação catalisada pela malato-desidrogenase. Essa enzima produz o terceiro e último NADH do ciclo.

Acetil-CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2H2O = 2CO2 + 3NADH + FADH2 + GTP + 3H+ + CoA

A cadeia de transporte de elétrons vai utilizar os 3 NADH multiplicar por 3 gerando 9 ATPs, vai utilizar o FADH2 multiplicar por 2 gerando 2 ATPs, ou seja,

3 NADH x 3 = 9 ATP
1 FADH x 2 = 2 ATP
TOTAL DE 11 ATP

Regulação do Ciclo do Ácido Cítrico

- Citrato cintase: é inibida na presença de altas concentrações de NADH, succinil-CoA e citrato
- Isocitrato desidrogenase é inibida na presença de altas concentrações de NADH, ATP e é ativada por ADP e Ca2+
- alfa-cetoglutarato desidrogenase é regulada alostericamente por ATP, GTP, NADH e succinil-CoA e ativada por níveis aumentados de Ca2+

Os equivalentes necessários para a fosforilação oxidativa são produzidas pelo complexo da piruvato-desidrogenase e pelo ciclo do ácido cítrico, e ambos os processos são, estimulados em resposta a um aumento na concentração de ADP.

Cada NADH libera 3 ATP
Cada FADH2 libera 2 ATP


1.3.2 CADEIA RESPIRATÓRIA

Esta parte do processo é responsável pela oxidação.


Os processos de oxidação da glicose, de aminoácidos e de ácidos graxos levam a produção de acetil-CoA que, no ciclo de krebs, é totalmente oxidado a CO2. O ciclo de krebs constitui, portanto, o estágio final e máximo de oxidação dos átomos de carbono que compõem os carboidratos, proteínas e lipídios. A oxidação destes compostos é acompanhada da redução de grande quantidade das coenzimas NAD+ e FAD.

Do ponto de vista energético, verifica-se, que dá energia total disponível na molécula de glicose, uma fração muito pequena levou à produção de ATP, a maior parte foi conservada nas coenzimas reduzidas. Este fenômeno repete-se na oxidação de aminoácidos e lipídios: há uma pequena síntese direta de ATP ao longo das reações de sua degradação, mas a maior parte da energia disponível é armazenada em coenzimas reduzidas. Estas coenzimas devem ser reoxidadas por duas razões. A primeira é para que, voltando a forma oxidada, possam participar outra vez das vias de degradação dos nutrientes. Em segundo lugar, é a partir da oxidação destas coenzimas que a energia nelas conservada pode ser empregada pelas células para sintetizar ATP.

As células aeróbias produzem a maior parte do seu ATP por oxidação das coenzimas pelo oxigênio (a chamada "respiração celular), efetuada por uma cadeia de transporte de elétrons ("cadeia respiratória"), a qual está intimamente associada a síntese de ATP. Esta síntese consiste na fosforilação do ADP e, por utilizar a energia derivada da oxidação das coenzimas, é denominada fosforilação oxidativa.

A oxidação de coenzimas libera grande quantidade de energia.

Nos organismos aeróbios, a oxidação das coenzimas é feita por transferência de seus elétrons para o oxigênio; recebendo elétrons, o oxigênio liga-se a prótons do meio, formando água. Este processo libera grnde quantidade de energia, em virtude da diferença de potenciais de redução.

A estratégia consiste em transformar a energia contida nas coenzimas reduzidas em um gradiente de protons e utilizar este gradiente para promover a síntese de ATP. A energia para gerar o gradiente de prótons é conseguida pela transferência dos elétrons das coenzimas para o oxigênio, não diretamente, mas via passagens intermediárias por vários compostos, que constituem uma cadeia de transporte de eletrons.

O transporte de elétrons é facilitado pelo fato de tais compostos estarem organizados em membranas, com posições definidas, de modo a situra cada componente exatamente entre aquele que lhe fornecerá elétrons e aquele ao qual seus elétrons serão doados. Ao mesmo tempo em que as passagens de elétrons se processam, forma-se uma concentração de prótons diferente de cada lado da membrana onde ocorre o transporte de elétrons. É o aproveitamento da energia potencial contida no gradiente de prótons que torna possível a síntese de ATP.


Cadeia de Transporte de Elétrons Mitocondrial

Os transportadores de elétrons estão agrupados em 4 complexos

A oxidação das coenzimas reduzidas processa-se na membrana interna da mitocôndria, da qual fazem parte os componentes da cadeia de transporte de elétrons. A maioria destes componentes agrupa-se em quatro complexos que atravessam a membrana interna. Estes componentes organizam-se em ordem crescente de potenciais de redução. Aparecem ainda dois componentes móveis de transporte de elétrons: a coenzima Q (CoQ), que conecta aos complexos I e II ao Complexo III, e o citocromo c, que conecta o Complexo III ao Complexo IV.

Dois elétrons do NADH são transferidos para o Complexo I, do Complexo I para CoQ, depois para o Complexo III, citocromo c, Complexo IV e finalmente para o oxigênio. Elétrons presentes no succinato e em outros substratos (FAD??) tem uma entrada especial: são transferidos ao Complexo II e deste para CoQ; deste ponto em diante, seguem o caminho comum.

Estas transferências são possíveis porque todos os compostos presentes nos complexos, mais a CoQ e o citocromo c, podem apresentar-se nos estados reduzido e oxidado - ao receberem um elétron do componente anterior da cadeia, reduzem-se; transferindo o elétron para o componenete seguinte, oxidam-se e estão aptos a receber elétrons novamente.

A respiração ocorre nos Cristais Mitocondriais

- Cada NADH oxidado gera 3 ATP
- Cada molécula de glicose gera H2O, ATP e CO2 (glicose + O2 ---> CO2 + H2O + E)
- Processo que o oxigenio molecular (O2) é aceptor final de elétron
- Tem energia, gera ATP.

Cada vez que um hidrogênio vem do NADH, ele gera o ATP e 1 molécula de H2O, 1 molécula de oxigênio.

Fosforilação Oxidativa

A maior parte da energia do metabolismo é obtida através deste processo.

NADH e FADH2 são utilizados para produzir ATP a partir de sua oxidação.

A oxidação depende do fluxo contínuo de elétrons através de estruturas complexas presentes na mitocôndria.

As transferências de elétrons de um componente para o seguinte constituem reações de óxido-redução termodinamicamente favoráveis. A síntese do ATP ou fosforilação oxidativa (de "fosforilação de ADP à custa de oxidação de coenzimas"), utiliza a energia liberada por essas reações de óxido-redução.

Na oxidação completa da glicose, são 34 ATPs de fosforilação oxidativa formados do NADH e do FAD.

A energia derivada do transporte de elétrons é convertida em uma força próton-motriz

A consequência do bombeamento é a produção de um gradiente de prótons, isto é, uma concentração diferente de prótons dentro e fora da mitocôndria.

O retorno dos prótons ao interior da mitocôndria é um processo espontâneo, a favor do gradiente eletroquímico, que llibera energia capaz de levar à síntese de ATP. A ATP sintase catalisa a formação de ATP quando os prótons atravessam a enzima, em direção ao interior da mitocôndria.

O gradiente de prótons (concentração maior de H+ fora da mitocôndria) e o gradiente elétrico (face interna da membrnaa interna mais negativa) constituem a força próton-motriz que é utilizada para sintetizar ATP pela ATP sintase.

Inibidores e Desacopladores

A transferência de elétrons pode ser bloqueada por inibidores específicos

Há drogas que são capazes de atuar especificamente sobre cada um dos componentes da cadeia de transporte de elétrons, impedindo o prosseguimento da transferência de elétrons. O resultado desta ação inibitória é a paralisação do transporte de elétrons e das vias metabólicas que dependem da cadeia para a reoxidação de coenzimas. Sem o transporte de elétrons não se forma o gradiente de prótons e, consequentemente, não há síntese de ATP.
Ex: inseticida (Complexo I).

O transporte de elétrons pode ocorrer sem a síntese de ATP

Desacopladores são capazes de dissociar o transporte de elétrons da fosforilação oxidativa. Quando os dois processos são totalmente desacoplados, a síntese de ATP pára; o transporte de elétrons, pode prosseguir.


Fosforilação no Nível do Substrato

Fosforilação do ATP na quebra da molécula do substrato. (Essa energia é armazenada na ligação fosfato).

A fosforilação no nível do substrato não é afetada por desacopladores

Chama-se fosforilação no nível do substrato a síntese de ATP obtida diretamente em reações que fazem parte de glicólise e do ciclo de krebs e que utilizam como substratos compostos ricos em energia. Estas reações são sempre precedidas por reações de óxido-redução. Na reação de óxido-redução, a energia é acumulada em uma ligação com fosfato ou CoA. Na reação seguinte, a ligação rica em energia é rompida e a energia é utilizada para a síntese de ATP.

A produção de ATP pela FONS responde por uma pequena fração do total produzido em condições aeróbias e, por ser independente do transporte de elétrons, não é afetada por desacopladores


Glicólise:
2 piruvatos
2 NADH x 3 = 6 ATP
2 ATP
TOTAL DE 8 ATP

DC piruvato = 2 NADH x 3 = 6 ATP

Ciclo de Krebs:
6 NADH x 3 = 18 ATP
2 FADH2 x 2 = 4 ATP
2 GTP = 2 ATP
TOTAL DE 24 ATP

TOTAL DE ATP GERADO NA OXIDAÇÃO TOTAL DA GLICÓLISE: 8 + 6 + 24 = 38 ATP

Ciclo I - Módulo II - Genética (Estrutura do DNA e Genética Molecular)

O DNA e a Estrutura Molecular dos Cromossomos

Os cromossomos são compostos de dois tipos de grandes moléculas orgânicas (macromoléculas) chamadas proteínas e ácidos nucléicos. Os ácidos nucléicos são de dois tipos:

- ácido desoxirribonucléico (DNA) e ácido ribonucléico (RNA).

A informação genética é estocada nos ácidos nucléicos. Na maioria dos organismos, a informação genética é codificada na estrutura do DNA. Entrentanto, em alguns vírus pequenos, a informação genética é codificada no RNA.

Pontos importantes: o material genético deve fornecer as funções genotípica, fenotípica e evolutiva de replicação, expressão gênica e mutação, respectivamente.

As Estruturas do DNA e do RNA

A informação genética de todos os organismos vivos, exceto dos vírus a RNA, é estocada no DNA.

Estrutura dos Ácidos Nucléicos

Os ácidos nucléicos, são macromoléculas compostas de subunidades repetidas chamadas nucleotídeos. Cada nucleotídeo é composto de (1) grupo fosfato, (2) um açucar de cinco carbonos (ou pentose), e (3) um composto cíclico contendo nitrogênio chamado base. No DNA, o açucar é a 2-desoxirribose (daí o nome ácido desoxirribonucleico). No RNA, o açucar é a ribose (por isso, ácido ribonucleico).

A diferença da estrutura do DNA e RNA é que no DNA um carbono da ribose está ligado ao H. Já no RNA esse mesmo carbono está ligado a um OH. Ou seja, o DNA está sem um O (desoxirribose) e o RNA tem o O (ribose).

Carbono 1 - sempre ligado a uma base nitrogenada

Carbono 2 - não faz ligações externas mas é o carbono chave que determina se estamos trabalhando com uma molécula de DNA ou RNA.

Carbono 3 - une os nucleotídeos

Carbono 4 - não faz ligações externas

Carbono 5 - está sempre ligado ao agrupamento de fosfato

O DNA é a repetição da estrutura citada acima. Um nucleotídeo ligado a outro nucleotídeo. A informação genética em ácidos nucléicos é especificada pela sequencia de quatro compostos contendo nitrogênio chamados bases.

É na base nitrogenada que temos as diferenças dos genes. Através da ATCG (adenina, tinina, citosina e goanina).

O genoma humano tem a capacidade de estocar uma enorma quantidade de informação. A grande capacidade de estocar informação do genoma humano assegura a enorme variabilidade de características da espécie humana. Um gene pode não funcionar por causa de uma única mudança na base nitrogenada. A sequencia de bases nitrogenadas que estão no DNA que determina o gene expresso no DNA. Determina a variabilidade de informações que pode existir no DNA mesmo sendo tão simples.

No DNA são comumente encontradas quatro bases diferentes: adenina (A), guanina (G), timina (T) e citosina (C). O RNA em geral também contém adenina, guanina e citosina, mas tem uma base diferente, uracila (U), em lugar da timina. A adenina e a guanina são bases com anel duplo chamadas purinas. Citosina, timina e uracila são bases de um só anel chamadas pirimidinas.

No RNA encontramos: adenina, guanina, citosina e uracil. O RNA é composto de uma única fita

O DNA e composto de fita dupla

No DNA sempre tem o conjunto: A - T G - C

A sempre se pareia com T G sempre se pareia com C

Diferenças do DNA e RNA

- RNA: ligação OH, fita simples e é composto de adenina, guanina, citosina e uracil.

- DNA: ligação apenas ao H, fita dupla e é composto de adenina, guanina, citosina e goanina.

Somente os vírus podem ter fita única. Os virus podem ter DNA dupla fita ou fita única e por isso não garante que o numero de A - T e G - C sejam iguais. Todos os outros seres tem dupla fita.

Os nucleotídios (dentro de uma unica fita) estão unidos através de ligações fosfodiéster:

O O -- P -- O O se liga sempre no carbono 3.

Todo DNA tem polaridade e a polaridade é sempre em uma unidade 5' e uma unidade 3'. Tudo que acontece é na 3'. O que mantém as duas fitas unidas (as duas cadeias do DNA) são ligações por pontes de hidrogênio entre as bases nitrogenadas entre uma base púrica e uma pirimídica.

DNA com mais quantidades de A-T é mais fácil de ser rompido do que com C-G porque na ligação A-T uso 2 pontes de hidrogênio e em C-G utilizo 3 pontes de hidrogênio. Quando o DNA precisa liberar alguma informação, ele se abre, e manda a informação pelo RNA.

Tanto o DNA quanto o RNA, portanto, contêm quatro subunidades diferentes ou nucleotídeos, dos nucleotídeos purínicos e dois pirimidínicos.

O DNA é um ácido nucleico porque está no núcleo e tem carácter ácido.

Características dos Ácidos Nucléicos:

- conter informação complexa

- replicar fielmente: se não replico fielmente, estou criando genes que podem causar anomalias genéticas.

- codificar o fenótipo

Em 1944 descobriram que o DNA é o material hereditário. Antes disso achavam que eram as proteínas por serem mais complexas. Descobriu também que o DNA é formado por unidades repetitivas (monómero): nucleotídeos repetidos.

Como os nucleotídios são organizados? Entender essa organização é a chave para entender o funcionamento do DNA.

Proteínas: estruturais (colágeno), enzimas e defesa

A gente é, funciona e defende de acordo com as proteínas que temos. E quem determina qual proteína que temos é o nosso DNA.

As proteínas que estão nas células do pâncreas e nas células da pele são diferentes mesmo sendo o mesmo DNA. Porque são reguladas de maneiras diferentes.

O DNA é igual para toda a célula, o que muda é como ele funciona para cada célula.

A informação genética dos organismos vivos está estocada em grande macromoléculas chamadas ácidos nucleicos. Estes ácidos nucleicos são de dois tipos: DNA e RNA. Em alguns vírus a informação genética está codificada em moléculas de RNA. Em todos os organismos celulares, o material genético é o DNA. Nestes organismos, o DNA é organizado em estruturas chamadas cromossomos, onde o número depende da espécie.

O nosso funcionamento é dependente do DNA no sentido de que o DNA determina quais proteínas produzimos.

DNA -------> PROTEINAS: ESTRUTURAIS, ENZIMAS, DEFESA.

RNA

O DNA produz o RNA que produz as proteínas determinando suas características.

Funções do Material Genético

1. A função genotípica, a replicação. O material genético deve estocar a informação genética e transmitir com precisão esta informação dos genitores para a prole, geração após geração.
2. A função fenotípica, a expressão gênica. O material genético deve controlar o desenvolvimento do fenótipo do organismo. Isto é, o material genético deve ditar o crescimento e a diferenciação do organismo desde o zigoto unicelular até o adulto maduro.
3. A função evolutiva, a mutação. O material genético deve sofrer mudança para que os organismos possam se adaptar a modificações no ambiente. Sem tais mudanças, a evolução não poderia ocorrer.

O DNA existe como uma dupla hélice (duas cadeias). Cada cadeia consiste em uma sequencia de nucleotídeos ligados por ligações fosfodiéster. A especificidade do pareamento de bases resulta das capacidades das pontes de hidrogênio das bases em suas configurações normais. Em suas configurações estruturais comuns, adenina e timina formam duas pontes de hidrogênio e guanina citosina forma três pontes de hidrogênio.

Não são possíveis pontes de hidrogênio entre citosina e adenina ou timina e guanina quando elas existem em seus estados estruturais comuns.

Uma vez conhecida a sequencia de bases em um filamento de DNA, a sequencia de bases no outro filamento também é conhecida, devido ao pareamento específico das bases. Os dois filamentos de uma dupla hélice de DNA são chamados complementares. Esta propriedade, a complementaridade dos dois filamentos da dupla hélice, tornam o DNA único em estocar e transmitir a informação genética de geração a geração.

As sequencias açucar-fosfato dos dois filamentos complemetnares são de polaridade inversa. Ao longo de uma dupla hélice de DNA, as ligações fosfodiéster em um filamento vão do carbono 3' de um nucleotídeo para o carbono 5' do nucleotídeo subjacente, enquanto as do filamento complementar vão do carbono 5' para um carbono 3'. Esta polaridade oposta dos filamentos complementares de uma dupla hélice do DNA tem um papel importante na replicação, transcrição e recombinação do DNA.

A estabilidade das duplas hélices do DNA resulta em parte do grande número de pontes de hidrogênio entre os pares de bases (muito embora cada ponte de hidrogênio em si seja fraca, mais fraca que uma ligação covalente) e em parte das ligações hidrofóbicas entre pares de bases adjacentes.

A estabilidade da dupla hélice do DNA depende da quantidade de número de pontes de hidrogênio.

Adenina e timina formam 2 pontes de hidrogênio.
Guanina e citosina formam 3 pontes de hidrogênio.

Pontos importantes: O DNA geralmente existe como uma dupla hélice, com os dois filamentos mantidos juntos por pontes de hidrogênio entre as bases complementares: adenina pareada com timina e guanina pareada com citosina. A complemetaridade dos dois filamentos de uma dupla hélice torna o DNA unicamente adequado a estocar e transmitir a informação genética. Os dois filamentos da dupla hélice de DNA tem polaridade química oposta. O RNA em geral existe como uma molécula unifilamentar contendo uracila em lugar de timina. As moléculas de DNA presentes nos cromossomos são negativamente superelicoidizadas.

Replicação do DNA e Cromossomo: Transmissão da Informação Genética

Replicação do DNA: a medida que as células se multiplicam para fazer cópias de si mesmas, devem ser feitas cópias idênticas do DNA, que são incorporadas às novas células. Isto é essencial para que o DNA sirva como material genético básico. A replicação do DNA consiste basicamente no rompimento das fracas pontes de hidrogênio entre as bases, deixando um único filamento de DNA com suas bases não pareadas. O pareamento consistente de adenina com timina e de guanina com citosina, conhecido como pareamento complementar de bases, é a base para a replicação correta. O princípio de pareamento complementar de bases afirma que uma base não pareada irá atrair um nucleotídeo livre apenas se o nucleotídeo tiver a base complementar apropriada. Assim uma parte de um filamento único com a sequencia de bases ATTGCT irá se ligar a uma série de nucleotídeos livres com as bases TAACGA. O filamento único é denominado molde, sobre o qual se constrói um filamento complementar. Quando a replicação se completa, estará formada uma nova molécula bifilamentar idêntica à original. Várias enzimas diferentes atuam na replicação do DNA. Uma enzima desenrola a dupla hélice, outra separa os filamentos, e as demais executam outras funções diferentes. Nos humanos, a síntese de um novo filamento de DNA ocorre auma velocidade de cerca de 3000 nucleotídeos por minuto. Nas bactérias, cerca de 30000 nucleotideos são adicionados a uma cadeia de DNA nascente por minuto. Claramente, a maquinaria celular responsável pela replicação do DNA deve trabalhar muito rápido, mas, ainda mais importante, deve trabalhar com grande precisão. De fato, a fidelidade da replicação do DNA é incrível, com uma média de apeaas um erro por bilhão de nucleotídeos incorporados. Assim, a maioria dos genes dos gêmeos idênticos é de fato idêntica, mas alguns terão mudado devido a erros de replicação e outros tipos de mutações.

Replicação semi-conservadora: cada um dos filamentos complementares da dupla hélice é conservada durante o processo.

A informação genética de um organimos é transmitida de célula a célula durante o desenvolvimento, e de geração a geração durante a reprodução.

Em termos de transmissão de informação genética para moléculas filhas de DNA, os dois filamentos de uma dupla hélice de DNA contém a mesma informação genética. Quando os dois filamentos de uma dupla hélice parental de DNA se separam, a sequencia de bases de cada filamento parental pode servir como molde para a síntese de um novo filamento complementar.

Como resultado, as duas moléculas filhas de DNA serão idênticas à molécula de DNA parental.

Pontos importantes: a replicação do DNA é semiconservativa. A medida que os dois filamentos complementares de uma dupla hélice parental se desenrolam e se separam, cada uma serve como molde para a síntese de um novo filamento complementar. Os potenciais de pontes de hidrogênio das bases nos filamentos-molde especificam sequencias complementares de bases nos novos filamentos sintetizados. A replicação é iniciada em origens únicas e em geral continua bidirecionalmente a partir de cada origem.

•DNA polimerase

- Sintetiza DNA em uma fita nova, adicionando novos nucleotídeos em um terminal que possua uma 3´- OH livre.

Requer:

- desoxirribonucleotídeos trifosfatados
- um molde de DNA para dirigir a adição de cada novo nucleotideo
- um primer para fornecer um terminal com um 3´OH livre

Este DNA deve fornecer dois componentes essencias, um servindo com função de primer e o outro com função de molde. A DNA polimerase é uma das enzimas principais da replicação. Ela percorre o filamento único de DNA adicionando nucleotídeos livre a ponta 3' do novo filamento.

Os nucleotídeos podem ser adicionados somente a esta ponta do filamento, de modo que a replicação sempre se faz de 5' para 3'. Ao se mencionar sequencias ao longo de um gene, o sentido 5' é chamado de anterior, ao passo que o sentido 3' é chamado de posterior - ou acima e abaixo.

Também participa do processo de revisão, no qual um novo nucleotídeo adicionado é conferido para se assegurar de que de fato é complementar à base do molde. Se não for, o nucleotídeo é removido e substituído pelo nucleotídeo com a base complementar correta. Este processo aumenta substancialmente a precisão da replicação do DNA. Quando um erro de replicação do DNA não é bem reparado, ocorre mutação.

A DNA polimerase I não é uma verdadeira DNA replicase. Ela não catalisa a replicação semiconservativa do cromossomo da E. coli. Entretanto, a DNA polimerase I realiza funções importantes, incluindo um papel importante na replicação do cromossomo e um papel central no reparo do DNA danificado. Suas outras atividades enzimáticas são:
- nuclease: é uma enzima que decompõe ácidos nucléicos.

- exonuclease: degrada ácidos nucleicos começando por uma ou ambas as pontas.

- endonuclease: cliva ácidos nucleicos em sítios internos.


1. O DNA primer fornece um terminal com uma 3 linhas -OH livre a qual são adicionados os nucleotídeos durante a síntese de DNA. A DNA polimerase I não pode iniciar a síntese de cadeias de DNA de novo. Ela tem uma necessidade absoluta de uma 3 linhas hidroxila livre em uma cadeia de DNA preexistente. A DNA polimerase I catalisa a formação de uma ponte fosfodiéster entre a 3'-OH na ponta da cadeia de DNA primer e o 5 linhas -fosfato do desoxirribonucleotídeo que chega.

2. O molde de DNA fornece a sequencia de nucleotídeos que especifica a sequência complementar da cadeia de DNA nascente. A DNA polimerase I requer um molde de DNA cuja sequencia de bases dita, por seu potencial de pareamento, a síntese de uma sequencia de bases complementar no filamento que está sendo sintetizado.

Pontos importantes: a síntese de DNA é catalisada por enzimas chamadas DNA polimerases. Todas as DNA polimerases tem uma necessidade absoluta de um filamento primer, que é ampliado, e um filamento molde, que é copiado. Todas as DNA polimerases tem uma necessidade absoluta de uma 3' -OH livre no filamento primer, e toda a síntese de DNA ocorre no sentido 5' para 3'. As atividades de exonuclease 3' --> 5' das DNA polimerases revisam filamentos nascentes à medida que eles são produzidos, removendo quaisquer nucleotídeos malpareados na ponta 3' dos filamentos primer. Como os filamentos complementares de uma dupla hélice de DNA tem polaridade quimica oposta, um filamento está sendo ampliado no sentido 5'-->3' e o outro no sentido 3'-->5'. Mas as DNA polimerases só podem catalisar a síntese no sentido 5'-->3'. Este paradoxo foi resolvido com a demonstração de que a síntese de um filamento de DNA é contínua, enquanto a síntese do outro filamento é descontínuo. Em nível molecular, a síntese dos filamentos complementares de DNA está ocorrendo em sentidos físicos opostos, mas os novos filamentos são ampliados no mesmo sentido químico 5'-->3'. A síntese do filamento que está sendo ampliado no sentido geral 5'-->3' é chamada de contínua. O filamento que está sendo ampliado no sentido 3'-->5', chamado de descontínuo, cresce pela síntese de fragmentos curtos (sintetizados de 5'-->3') e pela subsequente união covalente destes fragmentos curtos. Assim, a síntese do filamento descontínuo ocorre por um mecanismo descontínuo.

• Primase

Todas as DNA polimerases tem uma necessidade absoluta de uma 3' -OH livre em um filamento primer de DNA e um molde apropriado de DNA para atividade. Nenhuma DNA polimerase conhecida pode iniciar a síntese de um novo filamento de DNA. Assim, algum mecanismo especial deve existir para iniciar as novas cadeias de DNA.

Enquanto a síntese contínua do filamento contínuo necessite da função de primer apenas na origem da replicação, um evento de priming é necessário para iniciar cada fragmento durante a síntese descontínua do filamento descontínuo. A RNA polimerase, é capaz de iniciar a síntese de novas cadeias de RNA em sítios específicos do DNA. Quando isto ocorre, é formada um híbrido RNA-DNA no qual o RNA nascente faz pontes de hidrogênio com o molde de DNA. Como as DNA polimerases são capazes de ampliar cadeias polinucleotídicas contendo um primer de RNA com uma 3' -OH livre, os cientistas começaram a testar a idéia de que a síntese de DNA é iniciada por primers de RNA.

Cada nova cadeia de DNA é iniciada por um curto primer de RNA sintetizado pela DNA primase.

Os primers de RNA fornecem a ponta 3' -OH necessária para a ampliação covalente das cadeias polinucleotídicas pelas DNA polimerases. A DNA polimerase III termina um fragmento quando encontra o primer de RNA do fragmento precedente.

Os primers de RNA são subsequentemente excisados e substituídos por cadeias de DNA. Esta etapa é feita pela DNA polimerase I em E.coli. Lembre-se de que, das tres DNA polimerases e E. coli, apenas a DNA polimerase I possui atividade de exonuclese 5'-->3'. A atividade de exonuclease 5'-->3' da DNA polimerase I excisa o primer de RNA, e ao mesmo tempo a atividade de polimerse 5'-->3' da enzima substitui o RNA por uma cadeia de DNA usando o fragmento de OKAZAKI ajdacente com sua ponta 3' -OH livre como primer. Como era de se esperar, com base neste mecanismo de substituição de primer, os mutantes polA de E. coli que não tem atividade de exonuclease 5'-->3' de DNA polimerase I são defeituosos na excisão de primers de RNA e união dos fragmentos de OKAZAKI. Após a DNA polimerase I ter substituído o primer de RNA por uma cadeia de DNA, a 3' -OH de um fragmento de OKAZAKI está próximo do grupo 5' -fosfato do fragmento precedente de OKAZAKI. Este produto é um substrato apropriado para a DNA ligase, que catalisa a formação de uma ligação fosfodiéster entre fragmentos adjacentes de OKAZAKI.

•DNA ligase

- Catalisa o fechamento covalente dos cortes no DNA.
- Atua quando falta ligações fosfodiéestes, sem a falta da base
- Não atua em cortes onde um ou mais nucleotídeos estão faltando (gaps)
- O AMP do intermediário ligase-AMP forma uma ligação fosfodiéstes com o 5´-fosfato do core, e em seguido um ataque nucleofílico ple 3-OH no corte no átomo de fósforo proximal do DNA produz uma ligação fosfodiéstes entre os nucleotídeos adjacentes no sítio do corte.

Se o filamento descontínuo do DNA é sintetizado descontinuamente, é necessário um mecanismo para unir os fragmentos para produzir os grandes filamentos de DNA presentes em cromossomos maduros. Este mecanismo é dado pela enzima DNA Ligase. A DNA ligase catalisa o fechamento covalente de cortes (falta de ligações fosfodiéster; sem falta de bases) nas moléculas de DNA usando a energia da NAD ou da ATP.

A DNA ligase não tem atividade nos cortes no DNA onde um ou mais nucleotídeos estão faltando, os chamados gaps (espaços). Os espaços podem ser preenchidos e fechados apenas pela ação combinada de uma DNA polimerase e uma DNA ligase. A DNA ligase tem um papel essencial não só na replicação do DNA, mas também no reparo do DNA e nas etapas de recombinação.

•DNA Helicase

- Os dois filamentos de DNA não podem ser saparados sem o desenrolar das duas moléculas em dupla hélice.
- A desilicoidização é catalizada pelas DNAs Helicases
- Após a deselicoidização, o DNA é mantido unifilamentar e distendido pela ligação das proteínas SSB (Proteínas de ligação ao DNA unifilamentar).

A replicação semiconservativa requer que dois filamentos de uma molécula de DNA parental sejam separados durante a síntese de novos filamentos complementares. Como a dupla hélice de DNA contém dois filamentos que não podem se separar sem a desenrolar volta por volta, a replicação do DNA requer um mecanismo de deselicoidização que é feito pela enzima DNA Helicase. As DNA helicases desenrolam as moléculas de DNA usando energia derivada do ATP.

Uma vez que os filamentos de DNA são desenrolados pela DNA helicase, eles devem ser mantidos em uma forma unifilamentar distendida para replicação.

•DNA Topoisomerase

-Catalisam quebras transitórias nas moléculas de DNA, mas usam ligações covalentes para manter as moléculas clivadas

São de dois tipos:
- topoisomerase I: produz quebras transitórioas unifilamentares no DNA= remove uma superhélice do DNA por vez
- Topoisomerase II: produz quebras transitórias bifilamentares no DNA = remove/introduz duas superhélices do DNA por vez

Os eixos de rotação necessários durante a replicação das moléculas de DNA circular são dados por enzimas chamadas DNA topoisomerases. Elas catalisam quebras transitórias nas moléculas de DNA, mas usam ligações covalentes para manter as moléculas clivadas.

Um resultado importante desta diferença é que as atividades da topoisomerase I removem superélices do DNA uma de cada vez, enquanto a topoisomerase II remove e introduz superélices duas de cada vez.

As enzimas topoisomerases I são energeticamente eficientes. Elas conservam a energia das ligações fosfodiéster clivadas estocando-a em ligações covalentes entre elas mesmas e os grupos fosfato nos sítios de clivagem. Elas então reaproveitam esta energia para fechar as quebras.

Pontos importantes: a replicação do DNA é complexa, exigindo a participação de um grande número de proteínas. A síntese de DNA é contínua no filamento da prole que está sendo estendido no sentido 5'-->3', mas é descontínua no filamento que cresce no sentido geral 3'-->5'.

Novas cadeias de DNA são iniciadas por primers de RNA curtos sintetizados pela DNA primase.

As enzimas e as proteínas de ligação ao DNA envolvidas na replicação se reúnem em um replissomo em cada forquilha de replicação e atuam em conjunto a medida que a forquilha se move ao longo da molécula de DNA parental.

Aspectos Gerais:

• Os dois filamentos da dupla hélice de DNA são replicados ao mesmo tempo na mesma direção.
• A síntese é contínua em um filamento (leading) e descontínua em outro filamento (lagging)
• As novas cadeias são iniciadas por curtos segmentos de RNA (primer) sintetizados por uma DNA primase
• Várias enzimas e proteínas estão envolvidas na replicação se reúnem em um replissomo em cada forquilha de replicacação.

Análise Molecular de Genes

Pontos importantes: os genes humanos que causam a doença de Huntington, a fibrose cística e vários outros distúrbios tem sido identificados por clonagem posicional. As sequencias de nucleotídios destes genes foram usadas para prever as sequencias de aminoácidos de seus produtos polipeptídicos e obter informações valiosas sobre as funções dos produtos gênicos. A identificação destes genes levou diretamente a novos métodos de tratamento das doenças, enfoques possíveis de terapia gênica e testes de DNA para mutações que causam as doenças.

Doença de Huntington

A doença de huntington é um distúrbio insidioso causado por um mutação autossômica dominante, que ocasionalmente ocorre em cerca de um em 10000 indivíduos de descendência européia. Os indivíduos com DH sofrem um degeneração progressiva do sistema nervoso central, começando em geral aos 30 a 50 anos e terminando em morte 10 a 15 anos depois.

Hoje em dia, a DH é intratável. Entretanto, a identificação do gene e do defeito mutacional responsável pela DH nos deram uma esperança de um tratamento eficaz no futuro. Devido à idade avançada de início da doença, a maioria dos pacientes com DH já tiveram filhos antes do aparecimento dos sintomas da doença. Como o distúrbio é causado por uma mutação dominante, cada filho de um paciente heterozigoto DH tem uma chance de 50 por cento de ser afetado pela doença. Estes filhos observam a degeneração e morte de seu genitor com DH sabendo que tem uma chance de 50% de ter o mesmo destino. Em vista da disponibilidade dos testes de DNA para a mutação de DH, as pessoas em risco de transmitir o gene defeituoso para seus filhos podem determinar se o portam antes de começar uma família. Entretanto, os potenciais efeitos psicológicos de uma identificação positiva da mutação de DH podem ser traumáticos.

Fibrose Cística

A fibrose cística (FC) é uma das doenças hereditárias mais comuns nos humanos, afetando 1 em cada 2000 nascimentos de origem européia. A FC é herdada como uma mutação autossômica recessiva e a frequência de heterozigotos é estimada como sendo de 1 em 25 nas populações caucasianas. Um dos sintomas facilmente diagnosticáveis da FC é um suor excessivamente salgado, um efeito altamente benigno do gene mutante. Outros sintomas não são benignos. Os pulmões, o pâncreas e o fígado ficam entupidos com um muco espesso, o que resulta em infecções crônicas e por fim em mau funcionamento destes órgãos vitais. Além disso, o muco em geral se acumula no tubo digestivo, fazendo com que as pessoas fiquem desnutridas independentemente do quanto comam. As infecções pulmonares são recorrentes, e os pacientes em geral morrem de pneumonia ou de infecções correlatas do sistema respiratório. A expectativa de vida hoje para alguém com FC é de cerca de 30 anos, mas a qualidade de vida é baixa.

Diagnóstico Molecular de Doenças Humanas

Pontos importantes: os genes mutantes responsáveis por várias doenças hereditárias humanas podem ser diagnosticados com precisão triando-se DNAs genômicos quanto ao defeito genético.

Os resultados destes testes fornecem informações que permitem aos consultores genéticos informar as famílias quanto ao risco de uma criança afetada.

Triagem Populacional para doenças genéticas

O objetivo da triagem é o reconhecimento precoce de um distúrbio, de modo que uma intervenção evite ou reverta o processo da doença ou quepossam ser tomadas decisões reprodutivas bem informadas. A triagem de doenças genéticas tem muitas implicações sociais e psicológicas. A carga de ansiedade, os custos e potencial estigmatização que envolvem um teste positivo devem ser avaliados em relação a sua necessidade de detecção. Os testes de triagem são erroneamente considerados definitivos para o diagnóstico. Os polimorfismos de DNA (RFLPs, VNTRs e, mais comumente, polimorfismos de repetições de microssatélites) podem ser usados como marcadores na análise de ligação. Uma vez estabelecidade a fase de ligação em uma família, o locus marcador poder ser triado para se determinar se a pessoa herdou um cromossomo (ou, mais precisamente, um segmento cromossômico) contendo um gene da doença ou contendo um gene normal. A análise de ligação, uma forma de diagnóstico genético indireto, usa marcadores ligados para determinar se uma pessoa herdou um cromossomo contendo um gene da doença de seu genitor. A necessidade de tipar vários membros da família e as possibilidades de recombinação e casamentos não informativos são as desvantagens desta abordagem. Na genética clínica um diagnóstico preciso é a primeira e mais importante etapa do cuidado do paciente. A maioria dos geneticistas clínicos adota o princípio de não-diretividade: a informação sobre os riscos, história natural, tratamento e resultado são apresentados de modo balanceado e neutro, mas as decisões sobre a reprodução são deixadas para a família. A consulta genética inclui cinco temas: conduta médica, determinação do risco, opções de risco, decisões reprodutivas e serviços de apoio. As avaliações de genética clínica incluem exame físico, história familiar detalhada, testes auxiliares quando necessários e comunicação da informação para a família por meio de cartas e distribuição de publicações.

Número Variável de Polimorfismos de Repetições em Tandem

O enfoque descrito geralmente detecta a presença ou ausência de um sítio de restrição. Estes polimorfismos são em geral chamados de polimorfismos de sítios de restrição (RSPs). Neste caso, um polimorfismo só tem dois alelos possíveis, estabelecendo um limite na quantidade de diversidade genética que pode ser vista. Mais diversidade pode ser observada se um sistema polimórfico tiver muitos alelos e não apenas dois. Uma variação no enfoque de RFLP forneceu tal sisstema. Esta variação em particular explora os minissatélites que existem pelo genoma.

Lembrando que os minissatélites são regiões nas quais a mesma sequencia de DNA é repetida várias vezes, em tandem. A variação genética medida aqui está no número de repetições em uma determinada região, que varia substancialmente de indivíduo para indivíduo (donde o termo número varíavel de repetições em tendem, ou VNTRs).

Os VNTRs são detectados usando-se um enforque similar ao usado para os RFLPs convencionais. O DNA é digerido com uma enzima de restrição, e os fragmentos são submetidos a eletroforese, desnaturados e transferidos para um meio sólido. A diferença é que as sondas especiais são usadas para se hibridizar apenas com uma determinada região de minissatélite.

Enquanto os RSPs revelam polimorfismos devido a presença ou ausência de um sítio de restrição, os VNTRs revelam polimorfismos devidos a números diferentes de repetições situadas entre dois sítios de restrição.

Os VNTRs são uma forma de RFLP que surge de variação do número de repetições em tandem em uma região do DNA. Como os loci de VNTR podem ter muitos alelos diferentes, eles são especialmetne úteis em genética médica e outras aplicações.

Referências Bibliográficas:

JORGE, Lynn B; CAREY, John C.; BAMSHAD, Michael J.; WHITE, Raymond L. Genética Médica. Rio de Janeiro: Editora Guanabara Koogan (2000), 2 ed.

SNUSTAD; SIMMONS. Fundamentos de Genética. Localização: 575 S674f 2ed.

Ciclo I - Módulo II - Bioquimica (Enzimas)

Enzimas

Copiar resumo do livro bioquimica ilustrada e ver o capitulo sobre enzima do livro bioquimica basica.

A manutenção da vida celular depende da contínua ocorrência de um conjunto de reações químicas, que devem atender a duas exigências fundamentais:
Ser altamente específicas.
Devem ocorrer a velocidades adequadas à fisiologia celular.



As enzimas são catalizadores protéicos que aumentam a velocidade de uma reação química e não são consumidos durante a reação que catalisam. Propriedades: sítio ativo, eficiência catalítica, especificidade, co-fatores, regulação, localização dentro da célula.

Uma enzima permite que a reação proceda rapidamente em condições existentes dentro da célula, por facilitar uma via alternativa de reação com uma menor energia de ativação.

Características:

Condição da enzima

O substrato tem que ligar na enzima porque senão não forma produto.

As enzimas transformam uma substância química em outra(s) substância(s) química(s).

Conceito: transformam reajentes (substâncias químicas) em outra ou outras substâncias químicas (produtos).

substrato: é o reajente que é transformado pela enzima

A redução da energia de ativação pode ser obtida pela presença de catalisadores.

Os catalisadores são substâncias que aceleram a velocidade de uma reação, sem alterar a proporção entre reagentes e produtos encontrada no final da reação e sem serem efetivamente consumidos durante o processo.

Todas as células dispõem de proteínas capazes de exercer função catalítica: são as enzimas.

A eficiência da catálise enzimática deriva da ligação do reagente (substrato) à enzima.


São dividas em 6 classes
Nomenclatura das enzimas: tipo da reação catalizada mais o sufixo ase (ASE). Por exemplo:
Liase - adiciona o grupo
Transferase - faz transferência
Isomerase - isomerização
Ligase - faz ligação
Oxidorredutase
Hidrolase

Cada enzima é específica para o seu substrato

O substrato tem 3 carbonos (triose) e a enzima isomerisa (isomeerose). Por isso, é uma triose isomerose.


Como funcionam as enzimas?

As enzimas aceleram a velocidade da reação por diminuir sua energia de ativação.

O que é a energia de ativação?
É a quantidade de energia necessária para levar todas as moléculas de 1 mol de uma substância até o estado de transição. É a barreira que separa os reagentes dos produtos.

Mas o que é estado de transição?
Quando a colisão entre as moléculas leva a adquirir uma quantidade mínima de energia que lhes permita atingir um estado reativo.

Reajente tem que dar produto. Usa energia de ativação necessária para gerar produto.

As moléculas são ativadas para formar o produto.

A enzima aumenta a velocidade da reação.

Por que a enzima é capaz de aumentar a velocidade da reação? Porque ela diminui a energia de ativação. A velocidade é muito maior do que sem a enzima.

Todo catalizador reduz a energia de ativação mas, a enzima reduz mais. Exemplo:

A enzima posiciona o reagente (substrato) corretamente.

O substrato é o reagente que a enzima atua para a formação do produto. O substrato se liga na enzima.

Centro ativo da enzima é um local na superfície da enzima, onde o substrato deve se ligar.

Propriedades das Enzimas

As enzimas são catalisadores protéicos que aumentam a velocidade de uma reação química e não são consumidos durante a reação que catalisam.

- Sítios ativos: as moléculas de enzimas contém uma região específica formando uma fenda ou bolso, que é chamada de sitio ativo. O sítio ativo contém cadeias laterais de aminoácidos, as quais criam uma superfície tridimensional complementar ao substrato. O sítio ativo liga o substrato, formando um complexo enzima-substrato (ES). O complexo ES é convertido em enzima-produto (EP), oqual subsequentemente se dissocia em enzima e produto.

- Eficiência catalítica: as reações catalisadas por enzimas são, em sua maioria, altamente eficientes. Tipicamente, cada molécula de enzima é capaz de transformar de 100 a 1000 moléculas de substrato em produto por segundo. O número de moléculas de substrato convertidas em moléculas de produto por molécula de enzima por segundo é chamado de número de renovação.

- Especificidade: as enzimas são altamente específicas, interagindo com um ou alguns pucos substratos e catalisando apenas um tipo de reação química.

Se uma enzima atua sobre um único substrato --> especificidade absoluta. Ex: amilose e sacarose

Se uma enzima atua sobre mais de um substrato (moléculas altamente semelhantes) -->; especificidade relativa. Ex: glicose e frutose.

- Co-fatores: algumas enzimas se associam com um co-fator não-protéico, o qual é necessário para a atividade enzimática. Os co-fatores comumente encontrados incluem íons metálicos ou moléculas orgânicas, conhecidas como coenzimas, que frequentemente são derivdas de vitaminas.

- Regulação: a atividade enzimática pode ser regulada, isto é, as enzimas podem ser atividas ou inibidas, demodo que a velocidade de formação do produto responda as necessidades da célula.

- Localização dentro da célula: muitas enzimas estão localizadas em organelas específicas dentro da célula. Esta compartimentalização serve para isolar o substrato ou o produto da reação de outras reações competitivas. Isso garante o meio favorável para a reação e organiza as milhares de enzimas presentes na célula em vias definidas.

Velocidade de reação

Reação catalizada por enzima: coloca a enzima e espera um tempo. A enzima atua sobre o substrato e então tenho o produto.
A velocidade das reações catalisadas por enzimas podem ser afetadas pelos seguintes fatores:

1 - Temperatura

A medida que a temperatura aumenta, a velocidade da reação aumentou até um valor máximo (temperatura ótima) de funcionamento da enzima. O aumento da temperatura aumenta a energia cinética das moléculas, aumenta o número de colisões --> aumento de P (produto) formado.

Já o aumento da temperatura, além da temperatura ótima, causa desnaturação crescente da enzima --> com crescente perda da atividade.

No caso dos seres humanos, a temperatura ótima é de 37 graus C. Até 37 graus C os números de produtos aumentam. Depois de 37 graus C diminui.


2 - pH

Extremos de pH causam desnaturação das maiorias das proteínas e proteínas desnaturadas perde com a atividade. pH muito ácidos ou muito básicos causam desnaturação.

Pepsina e Tripsina são enzimas proleolíticas e é, enzima que quebram ligações peptídicas. Estão envolvidas na digestão das proteínas.
pH ótimo da pepsina: 1,5 e 2,0
pH ótimo da tripsina: 7,0 e 8,0

3 - Concentração de substrato

Em 1913 Michaelis - Mentem:
- colocou todas as enzimas em banho maria há 25 graus C
- dissolveu o substrato no ph ótimo da enzima
- fixou a tempera e o pH
- colocou a enzima (10 micro litros)
- a concentração da enzima também ficou fixa
- apenas o substrato não é fixo
- esperou-se 20 minutos
- determinou quanto de produto (P) foi formado em cada tubo

Observou-se um gráfico com curva hipérbole para velocidade versus substrato onde, em baixas concentrações de substrato, a velocidade é proporcional a concetração de substrato. Em altas concentrações de substrato, a velocidade permanece constante e foi determinada vmax (velocidade máxima).

A enzima obrigatoriamente tem que ligar no substrato através de ligações iônicas, covalentes, ponte de hidrogênio, hidrofóbica para ter produtos. Aí depois a enzima fica livre.

Tem que ter uma química (afinidade) entre a enzima e o substrato.
Lembrar do exemplo de casamento em sala de aula - que pode ou não ocorrer.

4 enzimas e 8 substratos --->1 ES ---> P
4 enzimas e 16 substratos --->2 ES ---> 2 P (a velocidade aumenta)
4 enzimas e 24 substratos ---> 3 ES ---> 3 P
4 enzimas e 32 substratos --->4 ES ---> 4P
4 enzimas e 40 substratos --->4 ES ---> 4P (quando a quantidade de substratos é muito grande estabiliza o número de produtos)

Para cada enzima existe uma concentração de substrato (S) que leva a formação de 100% de ES e quando há formação de 100% de ES é a velocidade máxima (vmax).

No exemplo dado, não adianta ter mais substrato se somente tenho 4 enzimas. Neste caso, como já formaram 4 ES, tanto faz ter 32, 40 ou 48 substratos.

Em altas concentrações de substrato, a velocidade da reação é constante e independente da concentração de substrato.

Em baixas concentrações de substrato, a velocidade da reação é proporcional a concentração de substrato.


Qual é a afinidade de cada enzima pelo substrato?

A determinação da quantidade de substrato necessário para formar 50% de ES da idéia da afinidade da enzima pelo substrato. Quanto menor a quantidade de S necessária para formar 50% de ES, maior é a afinidade.

A (S) concentração de substrato que fornece uma velocidade de reação = vmax/2 é a quantidade de afinidade. Essa constante de afinidade foi denominada Km. Km é (S) é dada em moles ou mmoles/l.

Km é a concentração do substrato necessária para formar 50% de ES. Quanto menor o Km maior a afinidade.



A velocidade depende da enzima e do substrato

Velocidade = vmax (medida de concentração)
|
que (S) é essa? é a S suficiente para formar 100% de ES

A vmax é quando tem 100% de ES.

V = vmax (nesse ponto tenho 100% de ES)

Qual a concentração de substrato que dá 50%?

(S) --->100% ES ---> V = vmax
(S) ---> 50% ES ---> v=vmax / 2


KM = CONSTANTE DE MICHAELIS

Existe uma concentração de substrato que dá velocidade máxima
Existe uma concentração de substrato que dá 50% de velocidade máxima.

Constante de Michaelis-Menten (Km) = concentração de substrato na qual a velocidade inicial da reação é igual à metade de sua velocidade máxima.

V0 = Vmax (S)
-----------
Km + (S)


CONSTANTE DE AFINIDADE = 50% de ES


Observações:

Quando comemos carboidrato, ela é digerida e transformada em glicose. A glicose sai do intestino, entra no sangue (veia porta) e cai no fígado. Principal produto do carboidrato = glicose.
Quando a glicose entra no fígado ela tem que sofrer reação para se transformar em glic6P (glicose 6 fosfato).
A que não é transformada em glic6P volta para o sangue e espalha pelo corpo. Chegando em outras células por exemplo no cérebro, transformando-se novamente em glic6P.
Se ela não se transformar em glic6P somente ficará passeando pelo corpo. Se ela se transformasse totalmente em glic6P ficaria apenas num lugar, pro exemplo fígado.



Hexoquinase

Coloca o fosfato.
A enzima que faz a reação de transformar glicose em glic6P tem Km baixo, ou seja, grande afinidade. E essa enzima usa os 100% e dispensa o restante.
Se a pessoa come muito carboidrato, as células pegam os 100% e o restante da glicose fica no sangue. Volta novamente para o fígado. Aí nesse momento aparece outra a GLICOQUINASE. Essa enzima já faz muito mais reação (usa muito mais glicose) do que a outra.
Seu Km é alto = pouca afinidade.

Depois que a glicoquinase pega toda a glicose, vira gordura, TG (triglicérides) e depois a gordura vai para o tecido adiposo.

No cérebro somente tem a hexoquinase:
glic
| hexoquinase
glic6P
| energia (ATP 38) quando o ATP fica alto inibe a enzima.
6CO2


INIBIDORES
Qualquer substância que possa diminuir a velocidade de uma reação catalisada por uma enzima é chamado de inibidor.

Os inibidores regulam a atividade da enzima. É uma substância que pode diminuir a capacidade de uma reação de uma enzima.

Os inibidores podem ser irreversíveis e reversíveis (não competitivo e competitivo):


INIBIDORES REVERSÍVEIS: ligam-se à enzima por meio de ligações não covalentes.
Competitivos
Não competitivos
No caso do inibidor reversível liga e pode desligar. E + I --> E . I
No caso do inibidor irreversível, perde-se a enzima porque não vai reagir. E + I --> E - I

A velocidade é proporcional a quantidade de ES.


Inibidor Não Competitivo

Esse tipo de inibição pode ser reconhecido por seu efeito característico sobre Vmax. A inibição não-competitiva acontece quando o inibidor e o substrato ligam-se a sítios diferentes sobre a enzima. O inibidor não-competitivo pode ligar-se tanto a enzima livre quanto ao complexo de ES, de modo a impedir que a reação ocorra.

1 - Efeito sobre a Vmax: a inibição não-competitiva não pode ser superada pelo aumento da concentração de substrato. Desse modo, os inibidores não-competitivos diminuem a Vmax da reação.

2 - Efeito sobre o Km: os inibidores não-competitivos não interferem na ligação do substrato com a enzima. Assim sendo, a enzima mostra o mesmo Km na presença e na ausência do inibidor não-competitivo.

Não parecem com o substrato. Mas eles tem especificidade. Ele se liga em outro local da enzima provocando mudança no sítio ativo.

Atrapalha o substrato a se ligar no sítio ativo.

O inibidor se liga na enzima.

Em geral se ligam em outro local da enzima (sem ser no sítio ativo) e são tóxicos.

Inibidor Competitivo

Esse tipo de inibição ocorre quando o inibidor liga-se reversivelmente ao mesmo sítio que o substrato normalmente ocuparia e, dessa forma, compete com o substrato por esse sítio. 

É uma substância semelhante com o substrato e pode se ligar no mesmo local que o substrato se ligaria na enzima. É uma molécula. Liga-se ao sítio ativo da enzima formando um complexo EI que não dá produto. Não há alteração na vmax.
Se ligou durante um tempo atrapalhando a enzima a formar produtos.
Ex: infecções bacterianas

A enzima continua ligando no substrato mas não consegue gerar produtos. Ela liga no sítio ativo mas não transforma em produto. Se o inibidor liga-se no sítio ativo, o substrato não consegue ligar. Ele muda a estrutura do sítio ativo e por isso não transforma o produto. O inibidor pode se ligar antes ou depois do substrato se ligar com a enzima. Exemplo: o chumbo; o chumbo impede a ligação do ferro. Ou seja, a enzima que cataliza a inserção do ferro é inibido pelo chumbo.

Substâncias semelhantes ao substrato podem enganar a enzima ligando-se ao seu sítio ativo, formando um complexo EI que não dá produto.

A quantidade de produto depende de ES.
1 ES --> X Produtos
2 ES --> X2 Produtos

O inibidor competiu com a enzima pela ligação no sítio ativo.

Um inibidor competitivo aumenta o Km aparente para determinado substrato. Isso significa que, na presença do inibidor, mais substrato é necessário para atingir ½ Vmax.

1 - Efeito sobre a Vmax: o efeito de um inibidor competitivo é revertido pelo aumento da (S). Em uma concentração de substrato suficientemente alta, a velocidade da reação atinge a Vmax observada na ausência do inibidor.

2 - Efeito sobre a Km: um inibidor competitivo aumenta o Km aparente para determinado substrato. Isso significa que, na presença de um inibidor competitivo, mais substrato é necessário para atingir 1/2 ou 50% da Vmax.

Experiência para diagnosticar o tipo de inibição:

Se a velocidade for a mesma, o inibidor é competitivo.
Se a velocidade for diferente, o inibidor é não-competitivo.



COFATORES

 São as auxiliares das enzimas.
Os cofatores são: íons metálicos, moléculas orgânicas (não protéicas - coenzimas) e micronutrieentes.

A molécula orgânica não protéica são geralmente as vitaminas ou molécula que contém vitamina na sua estrutura.

Sais mineirais e vitaminas (micronutrientes)

Carboidrato, lipídeos e proteínas (macronutrientes)
Quando a enzima está associada a um íon metálico ou molécula orgânica não protéica é porque ela depende de um auxiliar.


Vitamina

Vita amina = amina vital
A primeira vitamina isolada, a B1 é uma amina. Quando descoberta verificaram que ela devia estar presente na dieta para a preservação da vida normal.

Vitaminas ou moléculas orgânica contendo vitamina na sua estrutura responsável por auxiliar uma enzima é denominada COENZIMA.
Exemplos de Vitaminas:

1) Biotina (dieta)
nas células, se associa a enzimas responsáveis pela adição de CO2.

2) Tianina (dieta)
se associa às enzimas que removem grupo CO2 de alguns ácidos.

3) Nicotinamida
auxilia as enzimas que catalizam a remoção de H e eletrons de um substrato

O álcool inibe a absorção da tiamina (vitamina B1). A tiamina é importante para degradar a glicose do cérebro. Fontes: carnes, gema de ovo e cereal integral.
Timina (vitamina)
Tiamina Pirofosfato (forma coenzimática)

Riboflavina: importante para as hemácias. Fontes: leites e seus derivados.

Niacina: metabolismo de carboidrato, glicose. Fontes: carnes, legumes e etc.


ZINOGÊNIOS

Pâncreas: suco pancreático (mistura das enzimas digestivas). Entre essas enzimas, as enzimas proleolíticas que o pâncreas tem que produzir.

Enzimas proleolíticas: esse suco deve ser liberado no duodeno, onde ocorre a proteólise das proteínas da dieta (digestão da proteína).

Por que, geralmente, essas enzimas proleolíticas não catalisam a proteólise das proteínas pancreáticas?
O pâncreas produz enzimas, numa forma praticamente inativa, e somente no .................... elas são transformadas numa forma ativa.

Uma enzima proleolítica inativa é denominada zimogênio, pró-enzima ou pré-enzima.

Na pancreatite, esses zimogênios, são precocentemente ativados no pâncreas --> auto digestão.

Zimogênio --------------------------------------> enzima ativa
luz na sua (enzima conversora)
forma inativa


Pâncreas produz tripsinogênio (zimogênio, enzima inativa), que no duodeno é convertido em tripsina (enzima ativa).

Por que os alveolos não são destruídos normalmente? Devido a presença de um inibidor de enzima proleolíticas. Esse inibidor é a alfa um antitripsina.

1) Enzima pulmonar devido a incapacidade de produzir esse inibidor (defeito genético).
elastina -------------------> não há formação de P (elastina não é destruída).
(elastase)

2) Fumantes podem desenvolver enfizema pulmonar. A nicotina leva a modificação na estrutura da alfa um antitripsina, diminuindo sua capacidade de inibição da elastase.

ENZIMAS ALOSTÉRICAS

São compostas por múltiplas subunidades; Catalisam reações limitantes de velocidade; ligam o substrato cooperativamente; apresentam uma curva sigmoidal quando se constrói um gravo de v x s.

Ocorre nas enzimas que possuem um SÍTIO ALOSTÉRICO, onde se liga de forma não-covalente um modulador alostérico que pode ser positivo (ativa a enzima) ou negativo (inibe a enzima).

A ligação do modulador induz a modificações conformacionais na estrutura espacial da enzima, modificando a afinidade dessa para seus substratos.

Já estudamos enzimas em que o efeito da (S) versus velocidade (V) é uma hipérbole:
V x S --> hipérbole, enzima que segue a cinética de Michaelis Menten: a maioria das enzimas.

Algumas enzimas V versus S origina uma sigmóide (enzima alostérica)

Enzima Michaelianas: proteínas globulares constituídos de uma única cadeia polipeptídica.

Enzima Alostéricas: proteínas globulares, constituídos de pelo menos 2 cadeias polipeptídicas, associadas através de ligações não covalentes (estrutura quartenária).

As enzimas alostéricas são reguladas por moléculas chamadas de efetores (também modificadores), que ligam-se de forma não-covalente em outro sítio, que nao o sítio ativo.

Uma subunidade contém o sítio ativo e é denominado de subunidade catalítica e as outras subunidades contém outros sítios diferentes S do sítio ativo, pois não são capazes de originar P.

Substâncias que ligam no sítio alostérico são denominados efetores ou moduladores alostéricos.


Os níveis plasmáticos de creatina cinase (CK) são comumente determinados para o diagnóstico do infarto do miocárdio.

O músculo cardíaco é o único tecido que contém mais de 5% da atividade total de CK como CK2 (MB).

O aparecimento dessa isoenzima híbrida no plasma é praticamente específico para o infarto do miocárdio.

Os efetores que inibem a atividade enzimática são denominados efetores negativos, enquanto aqueles que aumentam a atividade enzimática são denominados efetores positivos. Um efetor alostérico pode alterar a afinidade da enzima pelo seu substrato ou modificar a atividade catalítica máxima da enzima ou ambos.


Essas enzimas tem mais de uma cadeia e cada cadeia é denominada SUBUNIDADE.

Uma subunidade contém o sítio ativo e é denominada de subunidade catalítica e as outras subunidades contém outros sítios diferentes S do sítio ativo, pois são capazes de originar P.


DOENÇAS
Muitas doenças que causam lesão tecidual resultam no aumento da liberação das enzimas intracelulares no plasma.

As atividades de muitas dessas enzimas são rotineiramente determinadas para fins de diagnóstico em doenças do coração, do fígado e músculo esqueléticos.

Algumas enzimas apresentam atividade relativamente alta em apenas alguns tecidos. Assim, a presença de um aumento do nível dessas enzimas no plasma reflete uma lesão do referido tecido.


DOENÇA CARDÍACA

Após um infarto agudo do miocárdio, essa isoenzima aparece cerca de 4 a 8 horas depois do início da dor torácica e atinge um pico de atividade em aproximadamente 24 horas.



Referências Bibliográficas:



CHAMPE, Pamela C.; HARVEY, Richard A.; FERRIER, Denise R. Bioquímica Ilustrada. 3 ed. Porto Alegre: Artmed, 2006.


MARZZOCO, Anita; TORRES, Bayardo B. Bioquímica Básica. 3 ed. Rio de Janeiro: Editora Guanabara Koogan S.A., 2007.