Estudo Dirigido - Metabolismo Energetico 584h55

Estudo dirigido – Metabolismo energético Qual o destino do piruvato em anaerobiose? E qual a importância dessa transformação? Na ausência de oxigênio, o piruvato gerado pela glicólise é convertido a lactato. A importância dessa transformação reside no fato de que, durante essa transformação, o piruvato recebe hidrogênios do NADH, e o NAD + é regenerado, estando novamente apto a receber os hidrogênios provenientes da glicólise. Assim a glicólise pode continuar e a célula pode continuar a produzir ATP anaerobicamente.

Quais são as enzimas chave da glicogênese e glicogenólise, respectivamente? Quando a carga energética da célula está alta, qual das duas está ativa? A glicogênio sintase é a enzima específica da via de síntese do glicogênio (glicogênese), enquanto que a glicogênio fosforilase é a enzima específica da via de degradação do glicogênio. Quando a carga energética da célula está alta, não há necessidade de se degradar glicose para produção de ATP e, portanto, a glicose é armazenada na forma de glicogênio; sendo assim, quando a carga energética da célula está alta, é a glicogênio sintase está ativa, enquanto que a glicogênio fosforilase está inibida.

Qual o destino da glicose liberada pela glicogenólise hepática? E o da glicose liberada pela glicogenólise muscular? A glicogenólise hepática visa liberar glicose para a corrente sangüínea, enquanto a glicogenólise muscular fornece glicose para ser degradada pelo próprio músculo para a produção de ATP. Descreva a morfologia da mitocôndria: A mitocôndria é uma organela celular de formato ovalado e apresenta duas membranas, uma externa e lisa, e uma interna e cheia de invaginações denominadas cristas mitocondriais. A membrana interna divide a mitocôndria em dois compartimentos, o espaço intermembrana e a matriz mitocondrial.

Qual o destino do piruvato em aerobiose? Em aerobiose, o piruvato é transportado para a mitocôndria, onde será completamente degradado. Inicialmente, o piruvato sofre uma descaboxilação, gerando acetil-CoA, o qual entra no ciclo de Krebs para a produção de energia (lembrar que os NADH e FADH gerados no ciclo de Krebs vão doar seus hidrogênios para o oxigênio e, assim, a célula produzirá ATP)

Onde ocorre a descarboxilação do piruvato? Que enzima catalisa essa reação? O piruvato é descarboxilado na matriz mitocondrial em reação catalizada pela piruvato desidrogenase. E quais são os produtos da descarboxilação do piruvato? Para cada piruvato que é descarboxilado, são formados um acetil-CoA e um NADH e uma molécula de CO2 é liberada

Quais são os produtos do ciclo de Krebs? Os produtos do ciclo de Krebs são: 2 CO2, 3 NADH, 1 FADH2 e 1 ATP.

Qual a principal função do ciclo de Krebs? A principal função do ciclo de Krebs é remover hidrogênios e a energia associada a esses hidrogênios de vários combustíveis metabólicos

O ciclo de Krebs funciona em anaerobiose? Justifique! Não, o ciclo de Krebs não funciona em anaerobiose! Na ausência de oxigênio, não existe quem receba os hidrogênios do NADH e do FADH 2 gerados no ciclo de Krebs; como o NADH e o FADH2 não têm como ar a diante seus hidrogênios eles não podem mais receber os hidrogênios das moléculas que são degradadas pelo ciclo de Krebs; assim, o ciclo de Krebs pára.

Quando se fala em transporte de elétrons na cadeia respiratória, “quem” está transferindo elétrons para “quem”? O transporte de elétrons ocorre, porque o NADH e o FADH 2 transferem os seus elétrons para o oxigênio; ou seja, o NADH e o FADH2 são oxidados pelo O2, que é reduzido a H2O

O que é fosforilação oxidativa? Fosforilação oxidativa é a síntese de ATP promovida pelo gradiente de prótons

Explique as seguintes expressões: “teoria quimiosmótica” e “força próton-motriz”. A teoria quimiosmótica diz que a energia do transporte de elétrons é conservada pelo bombeamento de H+ da matriz mitocondrial para o espaço intermembrana, criando um gradiente eletroquímico de H+ através da membrana mitocondrial interna, e que a energia desse gradiente é aproveitada para a síntese de ATP. A energia seqüestrada pelo gradiente prótons é denominada de força próton-motriz.

Qual o papel e a importância do oxigênio no metabolismo aeróbico? O papel do oxigênio no metabolismo aeróbico é atuar como aceptor final de elétrons

Compare o balanço energético do metabolismo anaeróbico (fermentação) com o do metabolismo aeróbico (respiração): O metabolismo anaeróbico da glicose produz apenas 2 ATPs, enquanto que o metabolismo aeróbico da glicose produz 38 ATPs

Quais são as vias metabólicas de produção de energia a partir da glicose em anaerobiose? E em aerobiose? Em anaerobiose: sistema fosfagênico; glicólise seguida de fermentação láctica. Em aerobiose: glicólise, ciclo de Krebs, transporte de elétrons e pela fosforilação oxidativa.

Explique por que o ciclo de krebs é considerado um via anfibólica e a via final comum no catabolismo? O ciclo de Krebs é uma via anfibólica, pois ele funciona não somente no catabolismo oxidativo dos açucares e ácidos graxos, mas também ele pode fornecer precursores para outras vias biossintéticas. Ele ocorre inteiramente na matriz mitocondrial, sua principal função é agir como via final comum de oxidação das moléculas orgânicas (carbonatos, lípidos, aminoácidos), através da acetil-CoA e seu substrato Explique uma forma de regulação do ciclo de krebs? O ciclo de Krebs é controlado fundamentalmente pela disponibilidade de substratos, inibição pelos produtos e por outros intermediários do ciclo. Citrato sintase: é inibida pelo próprio produto, citrato. Também inibida por NADH e succinil – CoA (sinalizam a abundância de intermediários do ciclo de Krebs). Explique como a fosforilação oxidativa é acoplada a cadeia transportadora de elétrons? Os componentes da cadeia transportadora de elétrons realizam oxidação e redução, que geram um gradiente de íons H+ (próton) na membrana mitocondrial interna. Este gradiente de íons H+ impulsiona a síntese de ATP (fosforilação oxidativa), que é catalisada pela enzima ATP-sintase localizada na membrana mitocondrial interna. Explique a ação de uma droga inibidora do transporte de elétrons e de uma desacopladora do transporte de elétrons? 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). Os 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. Explique de forma objetiva como é possível converter ácido lático, proteína e lipídeos em glicose? (não é necessário descrever todas as reações da gliconeogênese. Basta considerar que piruvato, oxaloacetato e intermediários da glicólise são precursores da glicose? Isso é possível através de um mecanismo chamado gliconeogenese, que é a via de síntese de glicose a partir de precursores não carboidratos como: piruvato, lactato, oxalocetato e esqueleto de carbonos dos aminoácidos. A maioria das reações desta via são comuns a glicose. Apenas três reações são diferentes sendo abordadas como desvios. A velocidade máxima da glicogênio fosforilase muscular é muito maior que a hepática. Responda: a) qual a função fisiológica desta enzima no músculo e no fígado?

No fígado ela é importante para controlar a concentração de glicose no sangue e no músculo é importante para o desempenho muscular, pois no exercício ela incentiva a liberação de adrenalina. b) por que as velocidades máximas são diferentes? Por que uma enzima chamada glicose 6 fosfatase está ausente nos músculos tornando a velocidade máxima da glicogênio fosforilase muscular maior que a hepática Em qual local da célula ocorre a glicólise? Quais são os pontos de controle da atividade da glicólise? Identifique as enzimas e efetores positivos e negativos. A glicólise ocorre no citoplasma da célula e possui três pontos de regulação principais: O primeiro ponto de controle é a fosforilação da glicose catalisada pela hexoquinase, formando a glicose 6-fosfato. A fosforilação da glicose impede que esta saia da célula novamente. Ao adicionar um grupo fosfato à glicose, ela se torna uma molécula carregada negativamente e é impossível atravessar ivamente a membrana celular, mantendo-a aprisionada dentro da célula. A hexoquinase apresenta quatro isoenzimas (I à IV) que se diferenciam pela localização tecidual e regulação enzimática. A hexoquinase II, altamente expressa no músculo, possui alta afinidade por glicose (50 % saturada com 0,1 mM glicose) e é inibida pelo produto (efetor negativo: glicose 6-fosfato). Já hexoquinase IV (glicoquinase) é predominantemente expressa no fígado e possui uma afinidade pela glicose menor que a hexoquinase II (50 % saturada com 10 mM glicose); é inibida pela ligação de uma proteína reguladora (nuclear) específica do fígado (inibição aumentada na presença de frutose 6-fosfato, um efetor alostérico negativo). A glicose compete com a frutose 6-fosfato pela interação com a hexoquinase IV; ahexoquinase IV não é inibida pelo produto (glicose 6-fosfao). Hexoquinase I (cérebro e rins), II (músculo) e III (diversos tecidos) possuem características similares. O segundo ponto de controle é a transformação frutose 6-fosfato em frutose 1,6-bisfosfato catalisada pela enzima fosfofrutoquinase 1 (PFK-1). Esta é inibida alostericamente por altas concentrações de ATP (indica que a carga energética está alta na célula e, portanto, não é necessário que ocorra mais glicólise). A alta concentração de citrato (intermediário do Ciclo de Krebs) também inibe a atividade da fosfofrutoquinase por indicar que os precursores de biossíntese estão em abundância, não sendo mais necessária a degradação de glicose para este fim. ADP e AMP são efetores positivos, assim como a frutose 2,6- bifosfato, que se liga ao sítio alostérico da PFK-1, aumentando a afinidade da enzima pelo substrato (frutose 6-fosfato) e reduzindo sua afinidade pelos inibidores alostéricos ATP e citrato. O terceiro ponto de controle é a formação de piruvato a partir de fosfoenolpiruvato, reação catalisada pela enzima piruvato quinase. Esta enzima é regulada negativamente por altas concentrações de ATP, acetil-CoA e ácidos graxos de cadeia longa, e ativada por frutose 1,6-bisfosfato. Quando a concentração de glicose baixa de glicose provoca a liberação de glucagon, a proteína quinase dependente de AMPc (PKA) fosforila a FORMA L (hepática) da piruvato quinase, inativando-a. Isso diminui a velocidade de utilização da glicose como combustível pelo fígado e permite sua exportação para o cérebro e demais órgãos.

Explique por que o ciclo de Krebs é considerado uma via metabólica anfibólica. Qual a importância das reações anapleróticas? Cite as principais reações anapleróticas. O Ciclo de Krebs participa efetivamente tanto de processos anabólicos como catabólicos, por isso é considerada uma via metabólica anfibólica. Os compostos intermediários do ciclo de Krebs podem ser utilizados como precursores em vias biossintéticas: oxaloacetato e α-cetoglutarato formarão respectivamente aspartato e glutamato. A eventual retirada desses intermediários pode ser compensada por reações que permitem restabelecer o seu nível. Entre essas reações, que são chamadas de anapleróticas por serem reações de preenchimento, a mais importante é a que leva à formação de oxaloacetato a partir do piruvato e que é catalisada pela piruvato

carboxilase, que ocorre no fígado e rim. O oxaloacetato também pode ser reposto pela enzima fosfoenolpiruvato carboxiquinase (músculo) e pela fosfoenolpiruvato carboxilase (vegetais superiores, levedura e bactéria), a partir de fosfoenolpiruvato. Outra reação anaplerótica adicional é calaizada pela enzima málica, largamente distribuída nos eucariotos e procariotos, que converte o piruvato em malato, um precursor do oxaloacetato. Em circunstâncias normais, o que aconteceria depois da adição da oligomicina (inibidor da síntese de ATP pela ATP sintase)? O que os dados obtidos permitem concluir sobre o efeito metabólico do DNOC? Em circunstâncias normais (sem DNOC), a adição de oligomicina deveria inibir a respiração mitocondrial e síntese de ATP, já que esta droga inibe a ATP sintase. O DNOC age como um desacoplador mitocondrial, ou seja, desfaz o gradiente de prótons e inibe a síntese de ATP. Como resultado, o consumo de oxigênio aumenta em uma tentativa de reestabelecer o gradiente de prótons necessário para a síntese de ATP. Aumento do consumo de oxigênio é resultado do aumento de catabolismo para gerar carreadores de elétrons reduzidos (NADH e FADH2) que transferem seus elétrons para os complexos respiratórios. Em circunstâncias normais, o que aconteceria depois da adição da oligomicina (inibidor da síntese de ATP pela ATP sintase)?O que os dados obtidos permitem concluir sobre o efeito metabólico do DNOC? Em circunstâncias normais (sem DNOC), a adição de oligomicina deveria inibir a respiração mitocondrial e síntese de ATP, já que esta droga inibe a ATP sintase. O DNOC age como um desacoplador mitocondrial, ou seja, desfaz o gradiente de prótons e inibe a síntese de ATP. Como resultado, o consumo de oxigênio aumenta em uma tentativa de reestabelecer o gradiente de prótons necessário para a síntese de ATP. Aumento do consumo de oxigênio é resultado do aumento de catabolismo para gerar carreadores de elétrons reduzidos (NADH e FADH2) que transferem seus elétrons para os complexos respiratório Descreva a molécula de glicogênio (estrutura, função, propriedades, etc) O glicogênio é o principal polissacarídeo de armazenamento das células animais. É um polímero de subunidades de glicose ligadas por ligações (α 14), com ligações (α 16) nas ramificações; o glicogênio porém é mais ramificado extensivamente (em média a cada 8 ou 12 resíduos) e é mais compacto do que o amido. O glicogênio é especialmente abundante no fígado onde pode constituir até 7% do peso líquido e também está presente no músculo esquelético. Nos hepatócitos o glicogênio é encontrado em grandes grânulos que são agrupamentos de grânulos menores, compostos por moléculas únicas de glicogênio, altamente ramificadas. Tais grânulos de glicogênio também contém, firmemente ligadas, as enzimas responsáveis pela síntese e degradação do glicogênio. O glicogênio do músculo fornece uma fonte de energia rápida para o metabolismo aeróbio e anaeróbio. O glicogênio muscular pode ser gasto em menos de uma hora em atividade intensa. O glicogênio hepático serve como um reservatório de glicose para outros tecidos quando não há glicose disponível (entre as refeições ou no jejum); isto é especialmente importante para os neurônios que não podem usar ácidos graxos como combustível. O que é glicogenólise e quais as enzimas que participam desta via metabólicas? A glicogenólise é a degradação do glicogênio . No músculo esquelético e no fígado as unidades de glicose das ramificações externas do glicogênio entram na via glicolítica pela ação de 3 enzimas: glicogênio fosforilase, enzima de desramificação do glicogênio e fosfoglicomutase. Descreva como atuam as 3 enzimas que participam da glicogenólise. A glicogênio-fosforilase catalisa a reação na qual uma ligação glicosídica (α 14) entre dosi resíduos de glicose em uma extremidade não redutora do glicogênio é atacada por um fosfato inorgânico (Pi) removendo o resíduo terminal na forma de α-D-glicose-1-

fosfato. Na fosforólise parte da energia da ligação glicosídica é preservada pela formação do éster de fosfato, glicose-1-fosfato. O piridoxal fosfato é um cofator essencial na reação da glicogênio-fosforilase; seu grupo fosfato atua como um catalisador ácido geral, promovendo o ataque do Pi sobre a ligação glicosídica. A glicogênio fosforilase age repetidamente sobre as extremidades não redutoras das ramificações do glicogênio até que alcance um ponto a quatro resíduos de glicose de um ponto de ramificação (α 16), onde sua ação é interrompida. A degradação pela glicogênio-fosforilase continua somente depois que a enzima de desramificação, ou oligo(α 16) a (α 14)glican-transferase, catalisa duas reações sucessivas que removem as ramificações. Logo que as ramificações são removidas e o resíduo glicosil na posição C-6 pe hidrolisado a atividade da glicogênio-fosforilase pode continuar. A glicose-1-fosfato, o produto final da reação da glicogênio fosforilase, é convertida em gliose-6-fosfato pela fosfoglicomutase. A glicose-6-fosfato formada no músculo esquelético a partir do glicogênio pode entrar na glicólise e serve como uma fonte de energia para a contração muscular. No fígado a degradação do glicogênio serve para liberar glicose para o sangue no jejum. Qual o destino da glicose 6-fosfato? A glicose-6-fosfato formada no músculo esquelético a partir do glicogênio pode entrar na glicólise e servir como uma fonte de energia para a contração muscular. No fígado a degradação do glicogênio serve para liberar glicose para o sangue quando o nível de glicose sanguínea diminui. Qual a importância da defosforilação da glicose 6-fosfato e como ocorre? A defosforilação da glicose-6-fosfato ocorre pela glicose-6-fosfatase. Esta enzima está presente no fígado e no rim, mas não em outros tecidos. É uma proteína integral de membrana e tem seu sítio ativo voltado par o lúmen do retículo endoplasmático. A glicose-6-fosfato formada do citosol é transportada para o lúmen do retículo por um transportador e é hidrolisada na superfície lumenal pela glicose-6-fosfatase. Acredita-se que os produtos resultantes, Pi e glicose, sejam transportados de volta para o citosol por dois transportadores diferentes, e a glicose deixa o hepatócito pelo transportados GLUT2, na membrana plasmática. OBS.: Por ter o sítio ativo da enzima no lúmen do retículo endoplasmático a célula separa esta reação do processo de glicólise, que acontece no citosol e poderia ser abortado pela ação da glicose-6-fosfatase. O que é glicogênese e quais as enzimas participam desta via metabólica? Glicogênese é a síntese do glicogênio ocorre em quase todos os tecidos animais, mas é mais importante no fígado e no músculo esquelético. O ponto de partida para a síntese do glicogênio é a glicose-6-fosfato. As enzimas que participam desta via metabólica são: Fosfoglicomutase, UDP-glicose-pirofosforilase, Glicogênio-sintase e pela Enzima de ramificação.

Como agem as enzimas da glicogênese? Para iniciar a síntese do glicogênio a glicose-6-fosfato é convertida em glicose-1-fosfato na reação da fosfoglicomutase, a primeira enzima da reação. O produto desta reação é convertido em UDP-glicose pela ação da UDP-glicose-pirofosforilase, em uma etapa chave da síntese do glicogênio. A UDP-glicose é o doador imediato dos resíduos de glicose na reação catalisada pela glicogênio-sintase, que promove a transferência da glicose da UDP-glicose para uma extremidade não redutora de uma molécula ramificada de glicogênio. A glicogênio sintase não pode formar ligações (a 16) encontradas nos pontos de ramificação do glicogênio, as quais são formadas pela enzima de ramificação, ou amilo(14) a (16)transglicosilase, ou glicosil (46) transferase. A enzima de ramificação do glicogênio catalisa a transferência de um fragmento terminal de 6 a 7

resíduos de glicose da extremidade não redutora de uma ramificação de glicogênio, contendo pelo menos 11 resíduos, para o grupo hidroxil C-6 de um resíduo de glicose em uma posição mais interna da mesma ou de outra cadeia de glicogênio, criando, assim, uma nova ramificação. Resíduos adicionais de glicose podem ser ligados à nova ramificação pela glicogênio-sintase. O efeito biológico da ramificação é tornar a molécula mais solúvel e aumentar o número de sítio íveis à glicogênio-fosforilase e à glicogênio-sintase, as quais agem somente nas extremidades não redutoras. Qual a diferença entre a glicogênese que ocorre no fígado e a que ocorre nos músculos?  

Músculo  Epinefrina desencadeia “luta-ou-fuga”, com a quebra de glicogênio e fornecimento de energia rápida. Fígado  Glucagon ativa quebra de glicogênio para disponibilização de glicose no sangue.

Explique o papel da glicogenina na glicogênese. A glicogenina é o inciador sobre o qual são montadas novas moléculas de glicogênio. A glicogênio-sintase não consegue iniciar uma cadeia de glicogênio “de novo”. Ela necessita de um iniciador, geralmente uma cadeia poliglicosídica em (a 14), ou uma ramificação que tenha, pelo menos, oito resíduos de glicose. A proteína glicogenina é ao mesmo tempo o iniciador sobre o qual são montadas novas cadeias e a enzima que catalisa esta montagem. A primeira etapa na síntese de uma nova molécula de glicogênio é a transferência de um resíduo de glicose da UDP-glicose para o grupo hidroxil da Tyr194 da glicogenina, catalisada pela atividade da glicosil transferase intrínseca da proteína. A cadeia nascente se alonga pela adição sequencial de mais de sete resíduos de glicose, cada um derivado de uma UDP-glicose; as reações são catalisadas pela atividade de extensão da cadeia da glicogenina. Neste ponto, a glicogênio-sintase age, alongando ainda mais a cadeia de glicogênio. A glicogenina permanece escondida dentro da partícula β, unida covalentemente à única extremidade não redutora da molécula de glicogênio. Suponha que você descobriu uma levedura mutante, cuja via glicolítica é menor devido à presença de uma nova enzima que catalisa a reação: Gliceraldeído 3-fosfato + H2 + NAD+ → 3-fosfoglicerato + NADH + H+ O encurtamento da via glicolítica resultante beneficiará a célula? Explique. O encurtamento da via glicolítica não beneficiará a célula. Isso porque não haverá a reação de transferência do fosfato do 1,3-bifosfoglicerato para o ADP pela fosfoglicerato quinase e consequentemente resultará na redução da formação de uma molécula de ATP.

Explique como se dá a regulação do metabolismo de glicogênio mediante a ação de glucagon, epinefrina e insulina e como se comportam as enzimas reguladas neste metabolismo. Após a ingestão de uma refeição rica em carboidratos a elevação da glicose sanguínea provoca a liberação de insulina. Nos hepatócitos a insulina ativa a gliocogênio-sintase. A PP1 (Fosfoproteína-fosfatase) inativa a glicogênio-fosforilase, interrompendo a degradação do glicogênio. A glicose entra no hepatócito por meio do transportados

GLUT2, presente na membrana plasmática, é fosforilada pela Hexocinase IV, estimulando a glicólise e fornecendo o precursor para a glicogênese. Sob estas condições os hepatócitos usam o excesso de glicose do sangue para sintetizar glicogênio, até o limite de 10% do peso total do fígado. Entre as refeições, ou durante o jejum prolongado, a queda da glicose sanguínea provoca aliberação de glucagon, o qual, ativa a PKA. A PKA medeia todos os efeitos do glucagon, ela fosforila a fosforilase-cinase, ativando-a e levando à ativação da glicogênio-fosforilase; a glicogênio fosforilase fosforila a glicogênio-sintase, inativandoa bloquendo a síntese de glicogênio; ela (PKA) fosforila a PFK2/FBPase2, levando a uma redução na concentração do regulador frutose-2,6-bifosfato que tem o efeito de inativar a PFK1 e de estimular a gliconeogênese, através da FBPase1; e ela fosforila e inativa a enzima glicolítica piruvato-cinase. Sob estas condições o fígado produz glicose-6-fosfato pela degradação do glicogênio e pela gliconeogênese e para de usar glicose na glicólise ou na síntese de glicogênio, maximizando a quantidade de glicose que pode liberar para o sangue. Esta liberação de glicose é possível somente no fígado e no rim, pois outros tecidos não têm glicose-6-fosfatase. A glicólise ocorre na presença (aerobiose) ou na ausência de oxigênio (anaerobiose). Explique como isto ocorre. Uma molécula de glicose é rompida em uma série de reações para liberar duas moléculas de piruvato, contendo cada uma delas três átomos de oxigênio. Durante este processo (glicólise), parte da energia liberada da glicose é conservada na forma de ATP e NADH. A maioria das células eucarióticas e muitas bactérias vivem em condições aeróbias e oxidam a glicose até dióxido de carbono (CO2) e H2O. Essa fase aeróbia do catabolismo é chamada de respiração e envolve a produção de acetil-CoA a partir do piruvato, ciclo do ácido cítrico e fosforilação oxidativa. O piruvato é oxidado a acetato, o qual entra no ciclo do ácido cítrico e é oxidado até CO2 e H2O; o NADH formado pela desidrogenação do gliceraldeído 3-fosfato é reoxidado a NAD+ pela agem do seu elétron ao O2 no processo de respiração mitocondrial. A degradação anaeróbia da glicose, também denominada de fermentação, ocorre sob condições de hipóxia e tem o objetivo de obter energia e conservá-la como ATP. Neste processo, não há consumo de oxigênio e as concentrações de NAD+ ou NADH não se alteram. O NADH formado pela desidrogenação do gliceraldeído 3- fosfato é reoxidado a NAD+ pela transferência de elétrons para outros receptores adequados, como o lactato (fermentação lática) e o etanol (fermentação alcóolica).

Embora o O2 não participe diretamente do ciclo do ácido cítrico, o ciclo só opera quando o oxigênio está presente. Explique. A atividade do ciclo do ácido cítrico está intimamente ligada à disponibilidade de oxigênio, embora nenhuma das etapas na via direta o uso de oxigênio. Como as enzimas do ciclo de Krebs oxidam moléculas do combustível em dióxido de carbono, a coenzima NAD+ , FAD e coenzima Q (também conhecida como ubiquinona) são reduzidos. Para que o ciclo continue, essas coenzimas reduzidas devem tornar-se reoxidadas transferindo seus elétrons para o oxigênio, produzindo água (processo de fosforilação oxidativa). Portanto, o aceptor final dos elétrons produzidos pela oxidação das moléculas de combustível (como parte do ciclo de do ácido cítrico) é o oxigênio. Na ausência de oxigênio, o ciclo do ácido cítrico é inibido. Se o suprimento de oxigênio em célula muscular ou uma célula de levedura é baixo, os níveis de NAD+ e FADH caem e o

ciclo do ácido cítrico não pode seguir adiante. Nesta situação, a célula deve recorrer à fermentação para continuar fazendo ATP. Como o NADH produzido na via glicolítica pode ser oxidado na cadeia respiratória? A glicólise ocorre no citosol da célula e produz duas moléculas de NADH por glicose oxidada. A NADH desidrogenase da membrana mitocondrial interna (complexo I mitocondrial) das células animais pode aceitar elétrons apenas do NADH presente na matriz. Já que a membrana interna não é permeável ao NADH, o NADH produzido pela via glicolítica não poderia ser reoxidado a NAD+ pelo O2 via cadeia respiratória. Entretanto, a célula utiliza sistemas especiais de lançadeiras que transportam os equivalentes redutores do NADH citosólico para dentro da mitocôndria. A lançadeira malato-aspartato é funciona em mitocôndrias do fígado, rim e coração, que envolve a transferência de equivalentes redutores para o oxaloacetato, produzindo malato que é transportado para dentro da mitocôndria. Pela ação da malato desidrogenase mitocondrial, os equivalentes redutores são ados para o NAD+ formando o NADH. A NADH desidrogenase (complexo I) catalisa a transferência de um íon hidreto do NADH para um nucleotídio de flavina (FMN), do qual dois elétrons am para centros Fe-S e posteriormente para a ubiquitina (Q), reduzindo-a (QH2). Essa transferência de elétrons também resulta na agem de 4 prótons (H+) da matriz para o espaço intermenbranas mitocondrial. Outro sistema é a lançadeira do glicerol 3-fosfato presente em mitocôndria de músculo esquelético e cérebro, que cede os equivalentes redutores do NADH para o complexo II e não o I, fornecendo energia para sintetizar apenas 1,5 molécula de ATP para cada par de elétrons. Por que a adição de oxaloacetato ou malato estimula o consumo de oxigênio? Por que a quantidade de oxigênio consumida é várias vezes maior que a quantidade necessária para oxidar completamente o oxaloacetato e o malato adicionados? O oxaloacetato e o malato são oxidados no ciclo do ácido cítrico e produzem coenzimas reduzidas (NADH e FADH2). Estas coenzimas reduzidas doam seus elétrons para uma cadeia transportadora de elétrons (complexos mitocondriais), culminando na redução do O2 e produção de H2O. A quantidade oxigênio reduzido (consumido) é várias vezes maior que a quantidade necessária para oxidar completamente o oxaloacetato e malato adicionados, pois estes intermediários pertencem a uma via metabólica cíclica (ciclo do ácido cítrico) e estão constantemente produzindo NADH e FADH2.

A reação catalisada pela succinil-CoA sintetase produz o composto de alta energia GTP. Como a energia livre contida no GTP é incorporada ao conjunto celular de moléculas de ATP? O GTP formado pode entregar seu grupo fosfato terminal para o ADP para formar ATP, por meio da ação reversível da nucleosídio difosfato quinase ( GTP + ADP → ADP + ATP). Assim, o resultado final da atividade da succinil-CoA sintetase é a conservação de energia na forma de ATP. Descreva como a glicemia é mantida nos diferentes períodos do jejum. Nas primeiras horas depois de uma refeição, a concentração de glicose no sangue diminui levemente e os tecidos recebem a glicose liberada pela degradação do glicogênio hepático. adas 24 horas depois de uma última refeição, a glicose

sanguínea cai ainda mais, a secreção de insulina diminui e a secreção de glucagon aumenta. Os esqueletos carbônicos dos aminoácidos glicogênicos são convertidos em piruvato ou intermediários do ciclo do ácido cítrico. Estes intermediários, bem como o glicerol derivado dos triacilgliceróis no tecido adiposo, fornecem o material inicial para a gliconeogênese no fígado, produzindo glicose para o cérebro. Quais são os quatro destinos metabólicos possíveis da glicose 6-fosfato? (1) glicose 6-fosfato → frutose 6-fosfato: glicólise (2) glicose 6-fosfato → glicose + Pi: gliconeogênese hepática e renal, reação catalisada pela glicose 6- fosfatase do retículo endoplasmático (3) glicose 6-fosfato → 6-fosfoglicono lactona: via das pentose fosfato, reação catalisada pela glicose 6- fosfato desidrogenase. (4) glicose 6-fosfato → glicose 1-fosfato: glicogênese, reação catalisada pela fosfoglicomutase Explique como se dá a regulação do metabolismo de glicogênio mediante a ação de glucagon, epinefrina e insulina e como se comportam as enzimas reguladas neste metabolismo. As principais enzimas no controle do metabolismo de glicogênio (glicogênio fosforilase  degradação; e glicogênio sintase  síntese) são reguladas por mecanismo alostérico e por modificações covalentes. A atividade de fosforilação e desfosforilação dessas enzimas é o que vai ativar/inibir e aumentar/diminuir suas atividades. 

Insulina → É consequente de elevadas taxas de glicose. Assim, a insulina sinaliza que é necessário diminuir a glicose. Ou seja, realizar produção de glicogênio (armazenamento) ou glicólise (gasto). Consequentemente, a insulina age como modulador negativo da glicogenólise (quebra de glicogênio) e da gliconeogênese (produção de glicose)

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Glucagon → É consequente de baixas taxas de glicose. Assim, o glucagon sinaliza o que é necessário para disponibilizar a glicose. Ou seja, realizar produção de glicose (gliconeogênese) ou quebra de glicogênio (glicogenólise) Consequentemente, o glucagon age como modulador negativo da glicólise (quebra de glicose) e da glicogênese (produção de glicogênio

Porque um paciente com deficiência na enzima glicose 6P pode desenvolver anemia hemolítica? A Glicose 6 fosfato desidrogenase (G6PD) é uma enzima presente na transformação da glicose fosfato em pentose fosfato que gera NADPH, por sua vez atua na manutenção de enzimas que possuem ação antioxidante nos glóbulos vermelhos do sangue. A deficiência da enzima leva a ruptura na membrana dos eritrócitos ou hemácias, causando anemia hemolítica.

Descreva a via das pentoses fosfato diferenciando suas duas fases Qual o principal regulador da via pentose fosfato e por quê? Relacione a secreção dos hormônios insulina e glucagon com o aporte energético da célula