Caros Alunos

a seguir disponibilizo um material de apoio para consulta sobre metabolismo de carboidratos.

Disciplina: Bioquímica – Profa. Adriana C. Mancin

RESUMO DO METABOLISMO DE CARBOIDRATOS E INTERRELAÇÃO DO METABOLISMO DE LIPÍDEOS E PROTEÍNAS COM O METABOLISMO DE CARBOIDRATOS

 

1) O metabolismo de carboidratos ocorre em 4 etapas: 1) via glicolítica ou glicólise, 2) ciclo de Krebs ou ciclo do ácido cítrico, 3) cadeia transportadora de elétrons, 4) fosforilação oxidativa.

a) VIA GLICOLÍTICA ou GLICÓLISE

i) em que local da célula ocorre: no citoplasma de qualquer célula (com ou sem mitocôndria)

ii) qual a etapa mais importante dessa via: a fosforilação da glicose, ou seja, a transferência de um grupo fosfato do ATP para o carbono 6 da glicose, transformando-a em glicose 6-fosfato. Isso confere à glicose uma carga negativa e faz com que esta fique “presa” no interior da célula preparando-a para ser quebrada e gerar energia.

iii) quais são os produtos formados: 2 moléculas de piruvato; 8 ATP (ganho líquido de energia); íons H⁺ e elétrons transportados pelo NADH (2NADH); 2 moléculas de H₂O.

iv) em que reações da via ocorrem perda de energia: a) na transformação de 1 molécula de glicose em 1 molécula de glicose 6-fosfato (1 ATP), b) na transformação de 1 molécula de frutose 6-fosfato em 1 molécula de frutose 1,6-difosfato (1 ATP).

v) em que reações da via ocorrem ganho de energia: a) na transformação de 2 moléculas de gliceraldeído 3-fosfato em 2 moléculas de 1,3-bifosfoglicerato (2 NADH = 6 ATP), b) na transformação de 2 moléculas de 1,3-bifosfoglicerato em 2 moléculas de 3-fosfoglicerato (2 ATP), c) na transformação de 2 moléculas de fosfoenolpiruvato em 2 moléculas de piruvato (2 ATP).

vi) qual o ganho de energia (citar ganho bruto e ganho líquido): 10 ATP (ganho bruto); 8 ATP (ganho líquido).

vii) em que reações da via ocorrem perda de elétrons e íons H⁺: na transformação de 2 moléculas de gliceraldeído 3-fosfato em 2 moléculas de 1,3-bifosfoglicerato (transportados por 2 NADH).

viii) qual o destino dos elétrons e íons H⁺ produzidos na glicólise ou via glicolítica: são transportados pelos transportadores de íons H⁺ e elétrons (NADH) até a cadeia transportadora de elétrons (na membrana interna da mitocôndria ou crista mitocondrial). Lá os elétrons percorrem os complexos da cadeia (3 fixos e 2 móveis) e formam água e os íons H⁺ são bombeados para o espaço intermembranoso pelos poros dos complexos fixos e após acumularem-se lá voltam contra o gradiente de saída pelo poro da F_OF₁ATPase (fosforilação oxidativa – espaço intermembranoso e membrana interna da mitocôndria ou crista mitocondrial) sintetizando ATP.

b) CICLO DE KREBS ou CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO

i) em que local da célula ocorre: no citoplasma da mitocôndria ou matriz mitocondrial.

ii) qual a etapa mais importante dessa via: junção ou ligação de acetil coenzima A (2C) com oxaloacetato (4C) para formar citrato (6C).

iii) quais são os produtos formados: 24 ATP; íons H⁺ e elétrons (transportados pelo NADH e FADH₂); 2 moléculas de GTP (= ATP); intermediários do ciclo de Krebs com esqueletos carbônicos de 6C (citrato e isocitrato), 5C (alfa-cetoglutarato) e 4C (succinil coenzima A, succinato, fumarato, malato e oxaloacetato).

iv) em que reações da via ocorrem ganho de energia: a) transformação de 2 moléculas de isocitrato em 2 moléculas de alfa-cetoglutarato (2 NADH = 6 ATP), b) transformação de 2 moléculas de alfa-cetoglutarato em 2 moléculas de succinil coenzima A (2 NADH = 6 ATP), c) transformação de 2 moléculas de succinil coenzima A em 2 moléculas de succinato (saída da coenzima A - 2 GTP = 2 ATP), d) transformação de 2 moléculas de succinato em 2 moléculas de fumarato (2 FADH₂ = 4 ATP), e) transformação de 2 moléculas de malato em 2 moléculas de oxaloacetato (2 NADH = 6 ATP).

v) qual o ganho de energia: 24 ATP.

vi) em que reações da via ocorrem perda de elétrons e íons H⁺: a) transformação de 2 moléculas de isocitrato em 2 moléculas de alfa-cetoglutarato (2 NADH = 6 ATP), b) transformação de 2 moléculas de alfa-cetoglutarato em 2 moléculas de succinil coenzima A (2 NADH = 6 ATP), c) transformação de 2 moléculas de succinato em 2 moléculas de fumarato (2 FADH₂ = 4 ATP), d) transformação de 2 moléculas de malato em 2 moléculas de oxaloacetato (2 NADH = 6 ATP).

vii) qual o destino dos elétrons e íons H⁺ produzidos no ciclo de Krebs: são transportados pelos transportadores de íons H⁺ e elétrons (NADH e FADH₂) até a cadeia transportadora de elétrons (na membrana interna da mitocôndria ou crista mitocondrial). Lá os elétrons percorrem os complexos da cadeia (3 fixos e 2 móveis) e formam água e os íons H⁺ são bombeados para o espaço intermembranoso pelos poros dos complexos fixos e após acumularem-se lá voltam contra o gradiente de saída pelo poro da F_OF₁ATPase (fosforilação oxidativa – espaço intermembranoso e membrana interna da mitocôndria ou crista mitocondrial) sintetizando ATP.

viii) qual o destino das moléculas de CO₂produzidos no ciclo de Krebs: são transportados do interior da mitocôndria para a circulação sanguínea (pela mioglobina nos tecidos e hemoglobina no sangue), chegando até os alvéolos pulmonares onde são excretados no processo de respiração (expiração pelas narinas).

c) CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS

i) em que local da célula ocorre: na membrana interna da mitocôndria ou crista mitocondrial.

ii) qual a etapa mais importante dessa via: a entrega dos íons H⁺ e elétrons para os complexos da cadeia transportadora de elétrons e o bombeamento desses íons H⁺ para o espaço intermembranoso.

iii) quais são os produtos formados: água (pelo transporte de elétrons pelos 3 complexos fixos e 2 móveis da cadeia onde se juntam com O₂ e íons H⁺  do citoplasma da mitocôndria); bombeamento dos íons H⁺ (trazidos pelo NADH eFADH₂) para o espaço intermembranoso (a fim de alimentarem a fosforilação oxidativa)

iv) quais as funções da cadeia transportadora de elétrons: a) produzir água (por meio dos elétrons trazidos pelo NADH eFADH₂); b) alimentar a fosforilação oxidativa (por meio do bombeamento dos íons H⁺ trazidos pelo NADH eFADH₂ para o espaço intermembranoso, onde se acumulam e posteriormente voltam pelo poro da F_OF₁ATPase sintetizando ATP).

v) explique como ocorre o transporte de elétrons e qual o destino final destes: os elétrons (produzidos no metabolismo de carboidratos, proteínas e lipídeos e transportados por NADH, FADH₂ e NADPH) percorrem 3 complexos fixos e 2 complexos móveis da cadeia transportadora de elétrons (transportados pela redução e oxidação de íons metálicos Fe e Cu presentes nas metaloproteínas que formam esses complexos), e ao final da cadeia se juntam ao oxigênio (O₂) e íons H⁺ presentes na matriz mitocondrial ou citoplasma da mitocôndria para formarem água.

vi) explique como ocorre o transporte de íons H⁺ e qual o destino final destes: os íons H⁺ (produzidos no metabolismo de carboidratos, proteínas e lipídeos e transportados por NADH, FADH₂ e NADPH) são bombeados para o espaço intermembranoso pelos poros dos 3 complexos fixos da cadeia transportadora de elétrons e lá se acumulam, posteriormente voltam contra o gradiente de saída pelo poro da F_OF₁ATPase (processo da fosforilação oxidativa que ocorre no espaço intermembranoso e na crista mitocondrial ou membrana interna da mitocôndria) provocando mudança conformacional nessa enzima e gerando energia que é usada para sintetizar ATP.

vii) explique qual a relação que existe entre a cadeia transportadora de elétrons e a fosforilação oxidativa: ambas são dependentes uma da outra e ocorrem simultaneamente, pois a cadeia transportadora de elétrons é responsável por bombear íons H⁺ para o espaço intermembranoso e alimentar o processo da fosforilação oxidativa (F_OF₁ATPase), por outro lado a fosforilação oxidativa é responsável por controlar o pH do espaço intermembranoso, permitindo o retorno dos íons H⁺ para o interior do citoplasma ou matiz mitocondrial contra seu gradiente de saída e também pela síntese de ATP mediada pela re-entrada desses íons H⁺ pelo poro da F_OF₁ATPase.

viii) a cadeia transportadora de elétrons pode ocorrer separadamente e independentemente da fosforilação oxidativa? Justifique sua resposta. Não, pois a cadeia transportadora de elétrons e a fosforilação oxidativa como são dependentes e ocorrem simultaneamente (ocorrem acopladas), pois a cadeia transportadora de elétrons é responsável por bombear íons H⁺ para o espaço intermembranoso e alimentar o processo da fosforilação oxidativa (F_OF₁ATPase), por outro lado a fosforilação oxidativa é responsável por controlar o pH do espaço intermembranoso, permitindo o retorno dos íons H⁺ para o interior do citoplasma ou matiz mitocondrial contra seu gradiente de saída e também pela síntese de ATP mediada pela re-entrada desses íons H⁺ pelo poro da F_OF₁ATPase.

d) FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA

i) em que local da célula ocorre: no espaço intermembranoso e na membrana interna da mitocôndria ou crista mitocondrial.

ii) qual a etapa mais importante dessa via: re-entrada dos íons H⁺ (acumulados no espaço intermembranoso) contra o gradiente de saída pelo poro da F_OF₁ATPase para o interior do citoplasma ou matiz mitocondrial, provocando mudança conformacional na F_OF₁ATPase, o que gera energia que é usada na síntese de ATP.

iii) quais são os produtos formados: ATP

iv) quais as funções da fosforilação oxidativa: promover a síntese de ATP por meio da F_OF₁ATPase.

v) explique como ocorre a síntese de ATP nessa via: os íons H⁺, acumulados no espaço intermembranoso (pela cadeia transportadora de elétrons), voltam para o interior do citoplasma ou matiz mitocondrial contra o gradiente de saída pelo poro da F_OF₁ATPase, isso provoca mudança conformacional nessa enzima, gerando energia que é usada na síntese de ATP.

vi) qual a enzima responsável pela síntese de ATP nessa via e onde está localizada: é a ATP sintetase ou ATP sintase ou F_OF₁ATPase, que possui duas subunidades: uma localizada na membrana interna da mitocôndria ou crista mitocondrial e outra voltada para o citoplasma da mitocôndria ou crista mitocondrial. Essa enzima também possui um poro (por onde entram os íons H⁺ acumulados no espaço intermembranoso) que permite a conexão entre o espaço intermembranoso e o citoplasma ou matriz mitocondrial.

vii) a fosforilação oxidativa pode ocorrer separadamente e independentemente da cadeia transportadora de elétrons? Justifique sua resposta. Não, pois a fosforilação oxidativa e a cadeia transportadora de elétrons são dependentes e ocorrem simultaneamente (ocorrem acopladas), uma vez que a cadeia transportadora de elétrons é responsável por bombear íons H⁺ para o espaço intermembranoso e alimentar o processo da fosforilação oxidativa (F_OF₁ATPase), e a fosforilação oxidativa é responsável por controlar o pH do espaço intermembranoso, permitindo o retorno dos íons H⁺ para o interior do citoplasma ou matiz mitocondrial contra seu gradiente de saída e também pela síntese de ATP mediada pela re-entrada desses íons H⁺ pelo poro da F_OF₁ATPase.

 

INTER-RELAÇÃO ENTRE O METABOLISMO DE LIPÍDEOS E O METABOLISMO DE CARBOIDRATOS (via glicolítica ou glicólise, Ciclo de Krebs, cadeia transportadora de elétrons e fosforilação oxidativa): os esqueletos carbônicos (C, H e O) dos lipídeos são quebrados/degradados de dois em dois carbonos, pelo processo da beta-oxidação ou Ciclo de Lynen, gerando fragmentos de 2C, 3C, ou 4C, 5C ou 6C para entrarem na via central do metabolismo de carboidratos como piruvato (3C) ao final da via glicolítica ou glicólise, ou como acetil Co-A (2C) no início do Ciclo de Krebs ou como intermediários do ciclo de Krebs com 4C (succinil Co-A, succinato, malato, fumarato ou oxaloacetato), com 5C (alfa-cetoglutarato) ou com 6C (citrato e isocitrato), respectivamente. Além disso, há produção de íons H⁺ e elétrons que são transportados pelos transportadores de elétrons (NADH, FADH₂ e NADPH) até a cadeia transportadora de elétrons. Os elétrons percorrem os 5 complexos (3 fixos e 2 móveis) da cadeia transportadora de elétrons na membrana interna da mitocôndria ou crista mitocondrial e formam água (a partir de H⁺ e oxigênio presentes no citoplasma da mitocôndria). Os íons H⁺ são bombeados para o espaço intermembranoso através dos poros dos 3 complexos fixos da cadeia transportadora de elétrons. Após ficarem acumulados nesse espaço, retornam para o citoplasma da mitocôndria (contra o gradiente de saída) pelo poro da F₀F₁ATPase ou ATP sintetase, enzima responsável pela síntese de ATP. Os H⁺ ao passarem pelo poro da F₀F₁ATPase provocam mudança conformacional nessa enzima gerando energia que é usada na síntese de ATP.

 

INTER-RELAÇÃO ENTRE O METABOLISMO DE PROTEÍNAS E O METABOLISMO DE CARBOIDRATOS (via glicolítica ou glicólise, Ciclo de Krebs, cadeia transportadora de elétrons e fosforilação oxidativa): as proteínas são quebradas/degradadas em aminoácidos. Estes devem perder o grupo amina (⁺NH₃), pelo processo de desaminação, para se transformarem em esqueletos carbônicos (C, H e O) com 2C, 3C ou 4C, 5C e 6C e entrarem na via central do metabolismo de carboidratos como piruvato (3C), acetil Co-A (2C) ou intermediários do ciclo de Krebs com 4C (succinil Co-A, succinato, malato, fumarato ou oxaloacetato), com 5C (alfa-cetoglutarato) ou com 6C (citrato e isocitrato), respectivamente. O grupo amina (⁺NH₃) vai para o ciclo da uréia onde será transformado em uréia e será descartado. Além disso, há produção de íons H⁺ e elétrons que são transportados pelos transportadores de elétrons (NADH, FADH₂ e NADPH) até a cadeia transportadora de elétrons. Os elétrons percorrem os 5 complexos (3 fixos e 2 móveis) da cadeia transportadora de elétrons na membrana interna da mitocôndria ou crista mitocondrial e formam água (a partir de H⁺ e oxigênio presentes no citoplasma da mitocôndria). Os íons H⁺ são bombeados para o espaço intermembranoso através dos poros dos 3 complexos fixos da cadeia transportadora de elétrons. Após ficarem acumulados nesse espaço, retornam para o citoplasma da mitocôndria (contra o gradiente de saída) pelo poro da F₀F₁ATPase ou ATP sintetase, enzima responsável pela síntese de ATP. Os H⁺ ao passarem pelo poro da F₀F₁ATPase provocam mudança conformacional nessa enzima gerando energia que é usada na síntese de ATP.