PARTE 4 VIAS METABÓLICAS E SEU CONTROLE
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14.1 SISTEMAS DE PRODUÇÃO E DE UTILIZAÇÃO DE ENERGIA, 522
ATP liga sistemas de produção e de utilização de energia, 522
NAD+ e NADPH em catabolismo e anabolismo,
523
14.2 RELAÇÕES TERMODINÂMICAS E COMPO- NENTES RICOS EM ENERGIA, 524
Energia Livre é energia disponível para traba- lho útil, 525
Valor calórico de componentes da dieta, 526 Compostos são classificados com base em ener-
gia liberada na hidrólise de grupos específi- cos, 526
Variações de energia livre podem ser determi- nadas em reações enzimáticas acopladas, 527
Energias de ligações de alta energia de vários grupos podem ser transferidas de um com- posto para outro, 527
14.3 FONTES E DESTINOS DA ACETIL-COENZIMA A, 529
Fontes e destinos metabólicos do piruvato, 530
Piruvato desidrogenase é um complexo mul- tienzimático, 531
Piruvato desidrogenase é rigorosamente regu- lada, 531
Acetil-CoA é usado por várias vias diferentes, 534
14.4 CICLO DOS ÁCIDOS TRICARBOXÍLICOS, 534
Reações do ciclo dos ácidos tricarboxílicos, 535
Conversão do grupo acetil de acetil-CoA a CO2
e H2O conserva energia, 537
Ciclo dos ácidos tricarboxílicos serve como uma fonte de intermediários biossintéticos,
537
Reações anapleróticas repõem intermediários do ciclo dos ácidos tricarboxílicos, 538 Atividade do ciclo dos ácidos tricarboxílicos é
cuidadosamente regulada, 539
14.5 ESTRUTURA E COMPARTIMENTALIZAÇÃO POR MEMBRANAS MITOCONDRIAIS, 540
Membranas mitocondriais interna e externa têm diferentes composições e funções, 540
14.6 CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS, 542
Reações de oxidação-redução, 542
Variações da energia livre em reações redox, 544
Transporte mitocondrial de elétrons é um sistema com múltiplos componentes, 544 Complexo I: NADH-ubiquinona óxido-redutase,
545
Complexo II: succinato-ubiquinona óxido-redu- tase, 546
Outras desidrogenases flavoproteínas mito- condriais, 546
Complexo III: ubiquinol-citocromo c óxido-re- dutase, 547
Citocromos, 547
Ciclo Q para transferência de elétrons e bombeamento de prótons no complexo III, 549
Movimento proposto das proteínas ferro- enxofre durante transferência de elé- trons no complexo III, 549
524
|PARTE 4 VIA METABÓLICAS E SEU CONTROLE
14.2
| RELAÇÕES TERMO-
DINÂMICAS E COM-
PONENTES RICOS EM
ENERGIA
Células podem interconverter diferentes formas de energia e também trocam energia com seu ambiente. Os princípios de termodinâmica governam reações desse
tipo. Conhecimento desses princípios facilita uma per- cepção de como reações que produzem e que utilizam energia ocorrem dentro da mesma célula, e como um organismo é capaz de executar várias funções de tra- balho. A primeira lei da termodinâmica afirma que
energia não pode ser criada nem destruída. Essa lei de conservação de energia estipula que, embora energia possa ser convertida de uma forma para outra, a energia total de um sistema permanece constante. Por exemplo, energia química disponível em um combustível metabó- lico, como glicose, é convertida na glicólise em energia química de ATP. No músculo esquelético, a energia quí- mica envolvida em ligações fosfato ricas em energia do ATP é convertida em energia mecânica, durante a con- tração muscular. A energia de um gradiente de prótons com eletropotencial osmótico através da membrana mi- tocondrial é convertida em energia química durante a síntese de ATP.
A segunda lei da termodinâmica diz respeito a
entropia. Entropia, designada por S, é uma medida ou
indicador do grau de desordem ou casualidade de um
FIGURA 14.5
Transferência de equivalentes de redução durante catabolismo e anabolismo usando NADPH e NADH.
Oxidado Lipídeo Reduzido Carboidrato H OH H H OH H C C O C H C H H 4 3 2 1+ 5 6 C NH2 Íon híbrido, H:– Nicotinamida (reduzida) Nicotinamida (oxidada)
Nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD
+) N O H H HH OH OH CH2 O O O –O –O O H H HH OH OH
NADP+ contém um grupo fosforil nessa 2�-hidroxila CH2 O P O P NH2 N N N N O H H C NH2+ H+ N.. ... O AMP FIGURA 14.3
Estados de oxidação de átomos de carbono típicos em carboidratos e lipídeos.
FIGURA 14.4
Estrutura de nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD+).
Íon hidreto (H:-, um próton com dois elétrons) transferido para NAD+
forma NADH. Substrato reduzido Catabolismo Anabolismo NADP+ NADPH Produto oxidado Produto
reduzido Precursoroxidado
sistema. Entropia é vista como a energia de um sistema que não está disponível para realizar trabalho útil. To- dos os processos, sejam químicos ou biológicos, tendem a progredir em direção a uma situação de máxima en- tropia. Portanto, sistemas vivos que são muito ordena- dos, nunca estão em equilíbrio com seu ambiente, visto que o equilíbrio em um sistema resulta quando acaso ou desordem (entropia) está no máximo. Em sistemas biológicos, entretanto, é quase impossível quantificar mudanças de entropia porque tais sistemas raramen- te estão em equilíbrio. Para maior simplicidade e por utilidade inerente nessas considerações, uma grandeza chamada energia livre é empregada.
CAPÍTULO 14 BIOENERGÉTICA E METABOLISMO OXIDATIVO
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(200 kDa) e é estereoespecífica para a forma trans do substrato (a forma cis, maleato, não é substrato; Figura 14.21). A reação é livremente reversível em condições fisiológicas. Correlação Clínica 14.2 descreve uma defi- ciência genética de fumarase.
A reação final do ciclo TCA é catalisada pela mala- to desidrogenase, na qual os equivalentes de redução
são transferidos para NAD+, para formar NADH + H+.
O equilíbrio da reação é fortemente deslocado para a formação de L-malato, com um ΔGo’ = +7,0 kcal mol–1.
Esta reação endergônica é deslocada no sentido para frente por ação da citrato sintase e de outras reações, que removem oxaloacetato.
O NADH produzido nas três desidrogenases NAD+-
ligadas no ciclo TCA é rapidamente oxidado a NAD+
pela cadeia respiratória. Este é outro fator que favorece a direção para frente da malato desidrogenase.