GD BIOQUÍMICA 1. O que é uma reação termodinamicamente termodinamicamente favorável? favorável? Uma reação é termodinamicamente favorável (espontânea) quando ocorre com o decréscimo de energia livre do sistema. Isso não significa que a reação seja rápida. 2. O que é energia livre? Como ela nos indica o sentido de uma reação? Cada composto tem um certo potencial energético (G: energia livre) que depende do tipo e do número de ligações em sua molécula. Energia livre: energia capaz de realizar trabalho durante uma reação à temperatura e pressão constantes. Gibbs mostrou o seguinte: "em qualquer reação a uma dada temperatura, existe sempre uma relação simples entre a variação da entalpia, a variação de energia livre, e a variação de entropia”
A reação sempre irá irá no sentido da energia energia livre decrescente.
3. Quais as maneiras maneiras que permite que que uma reação reação termodinamicamente termodinamicamente desfavorável desfavorável possa ocorrer? Mostre isso matematicamente. matematicamente. A quantidade de energia livre presente em qualquer substância química varia um pouco com a concentração desta substância. Assim, é possível alterar a natureza da variação de energia livre, deslocando as concentrações das substâncias, de maneira tal que este valor se torne negativo quando a reação se processa num certo sentido, enquanto que, anteriormente, ele fora negativo para a reação oposta. Isto explica porque uma reação reversível pode ser deslocada em um sentido ou no outro, pela adição ou remoção dos componentes do sistema em questão. ΔG= ΔG° + RTIn[C] [D]/ [A] [B] 4. Por que o ATP ATP é um composto composto rico em energia? E o fosfoenolpiruvato? O ATP é considerado rico em energia, devido ao fato de que quando uma das ligações fosfoanidrido é rompida, há grande transferência de energia livre e a energia é então utilizada para impulsionar reações não-espontâneas. O fosfoenolpiruvato contém uma ligação éster fosfato que pode sofrer hidrólise para liberar a forma enólica do piruvato, a qual imediatamente tautomeriza para a forma cetônica mais estável. Como o produto de hidrólise pode existir em qualquer uma das duas formas tautoméricas (enol e cetônica), enquanto o reagente tem apenas uma única forma (enol), o produto é mais estável em relação ao reagente. Esta é a principal razão para a alta energia livre padrão de hidrólise do fosfoenolpiruvato. 5. Examine as estruturas estrutura s do NAD+ e do FAD FAD Nestas estruturas, estruturas, indique: indique: a) semelhanças semelhança s e diferenças com o ATP. O NAD (nicotinamida-adenina-dinucleotídeo) é uma molécula formada por dois nucleotídeos (semelhantes às unidades que formam os ácidos nucléicos), contendo a base nitrogenada adenina e uma molécula de nicotinamida. O FAD (flavina-adenina-dinucleotídeo) tem exatamente o mesmo papel no processo (aceptor de hidrogênios), mas a diferença entre NAD e FAD está na quantidade de ATPs que pode ser produzida produzida a partir de cada um deles. Cada molécula de NADH2 leva à formação de três moléculas de ATP, enquanto o FAD (formado no ciclo de Krebs) leva à formação de apenas duas moléculas de ATP a partir do FADH 2. É formada por adenosina, por sua vez composta por uma adenina e uma ribose, e três grupos de fosfato conectados em cadeia. A função do NAD+ e do FAD é de funcionar funcionar como carregadores carregadores de elétrons. Já o ATP, tem a função de armazenar energia. b) o local onde o H se liga.
No NAD+: O íon hidreto é adicionado tanto ao lado anterior (lado A) quanto ao lado posterior (lado B) do anel plano de nicotinamida. No FAD: Os nucleotídeos de flavina recebem dois átomos de Hidrogênio.
6. Dado um par redox, como você distinguiria o doador e o aceptor de elétrons? As reações de oxidação-redução (reações redox) envolvem a transferência de elétrons que passam de um doador de elétrons (redutor) para um aceptor de elétrons (oxidante). Portanto, a oxidação é a perda de elétrons, enquanto, a redução é o ganho de elétrons. Nenhuma substância pode doar elétrons sem que outra os receba. Assim, uma reação de oxidação-redução total é composta de duas meias reações acopladas (uma reação de oxidação e uma reação de redução) e constituem um par redox A tendência com a qual um doador de elétrons (redutor) perde seus elétrons para um aceptor eletrônico (oxidante) é expressa quantitativamente pelo potencial de redução do sistema. O potencial padrão de redução (E ) Quanto maior o potencial padrão de redução, maior a afinidade da forma oxidada do par redox em aceitar elétrons e, assim, tornar-se reduzida. O potencial de redução depende das concentrações das espécies oxidadas e reduzidas. 7. Quais tipos de reação você encontra na glicólise? Durante a glicólise, ocorrem 10 reações, divididas em duas fases: fase preparatória (reações 1-5) e fase de pagamento (reações 6-10). (1) Fosforilação da glicólise em glicose-6-fosfato. (2) Conversão da glicose-6-fosfato em frutose-6-fosfato. (3) Fosforilação da frutose-6-fosfato em frutose-1,6-bifosfato. (4) Clivagem da frutose-1,6bifosfato em gliceraldeído-3-fosfato e diidroxiacetona fosfato. (5) Conversão da diidroxiacetona fosfato em gliceraldeído-3-fosfato. (6) Oxidação do gliceraldeído-3fosfato em 1,3-bifosfo glicerato. (7) Fosforilação do 1,3-bifosfoglicerato (+ADP) em 3fosfoglicerato (+ATP). (8) Conversão do 3-fosfoglicerato em 2-fosfoglicerato. (9) Desidratação do 2-fosfoglicerato para fofoenol-piruvato. (10) Transferência do grupo fosforil do foenolpiruvato (formação do produto piruvato). 8. Por que existe a necessidade de se gastar ATP no início da glicolise? A fase preparatória da glicólise requer o investimento de duas moléculas de ATP e resulta na clivagem da cadeia da hexose em duas trioses fosfato. A primeira molécula de ATP é utilizada na primeira etapa da glicólise: a fosforilação da glicose, onde doa fosfato para transformar a glicose em glicose-6-fosfato. A segunda molécula de ATP é utilizada na terceira etapa da glicólise: a fosforilação da frutose-6-fosfato em frutose1,6-bifosfato, onde tranfere um grupo fosfato para a frutose-6-fosfato, liberando a frutose-1,6-bifosfato. 9. Qual o rendimento energético da glicolise? O rendimento energético da glicose é: duas moléculas de ATP e duas de NADH (por molécula de glicose). 10. Quais os destinos do piruvato? O piruvato pode ter 3 rotas catabólicas alternativas: (1) O piruvato é oxidado, com perda do seu grupo carboxila como CO 2, para liberar o grupo acetila da acetilcoenzima A, a qual é então totalmente oxidada a CO 2 pelo ciclo do ácido cítrico. Os elétrons originados dessas oxidações são passados para o O 2 por meio de uma cadeia de transportadores na mitocôndria, formando H 2O. A energia liberada nas reações de transferência de elétrons permite a síntese de ATP nas mitocôndrias. (2) O piruvto é reduzido a lactato através da via da fermentação do ácido láctico. Quando o tecido muscular esquelético em contração vigorosa funciona em condições de hipóxia, o NADH não pode ser reoxidado a NAD +, e este é necessário como receptor de elétrons para que o piruvato continue a ser oxidado. Nessas condições, o piruvato é
reduzido a lactato por recepção para que o fluxo glicolítico prossiga. Certos tipos de tecidos e de células (retina, cérebro, eritrócitos) convertem a glicose em lactato, mesmo sob condições aeróbicas. O lactato (a forma dissociada do ácido láctico) é também o produto da gicólise sob condições anaeróbicas em alguns microorganismos. (3) O purivato é convertido anaerobicamente em etanol e CO 2, em um processo chamado de fermentação alcoólica.
11. Qual a importância da fermentação para a glicolise? A fermentação é a degradação anaeróbica da glicose ou de outros nutrientes orgânicos em vários produtos para obter energia em forma de ATP. O processo de fermentação é importante na glicólise pois permite a degradação da glicose para a formação de energia mesmo em ambientes com ausência de oxigênio. 12. A glicose é a única fonte de carbohidrato para a glicolise? Além da glicose, muitos outros carboidratos encontram seu destino metabólico na via glicolítica após sofrer transformação enzimática e tornar-se um dos intermediários da glicólise. Os mais significativos são o glicogênio e o amido, ambos polissacarídeos de armazenamento, os dissacarídeos maltose, lactose, trealose e sacarose, e os monossacarídeos frutose, manose e galactose. 13. Como é regulada a glicolise e a gliconeogênese? A glicose é, quantitativamente, o principal substrato oxidável para a maioria dos organismos, e sua utilização como fonte energética pode ser considerada universal. Além disso, algumas células e tecidos somente conseguem obter energia pela glicose. Sendo assim, de extrema importância pelo fornecimento de ATP. Desse modo, se as células e tecidos estão com baixa quantidade de energia, e muita glicose disponível no organismo, consequentemente será realizada a glicólise, que converte a glicose a piruvato e libera energia para ser utilizada. Ao contrário, se as células e tecidos já estão com quantidades suficientes de ATP, mas há pouca glicose no organismo, ocorrerá a gliconeogênese, rota pela qual é produzida glicose a partir de compostos aglicanos. 14. A partir de que substratos a gliconeogênese pode iniciar? Com exceção de lisina e leucina, todos os aminoácidos podem originar glicose. Nunca poderá ser originada através de carboidratos. Em humanos, os principais precursores são: lactato, glicerol e aminoácidos, principalmente alanina. 15. Quais as reações diferentes entre glicólise e gliconeogênese? Por que são diferentes? Três reações diferem na glicólise e gliconeogênese. São elas: - Conversão de piruvato a fosfoenolpiruvato : A reação catalisada pela piruvato quinase (Fosfoenolpiruvato + ADP -> Piruvato + ATP) é substituída por duas reações, catalisadas pela piruvato carboxilase e pela fosfoenolpiruvato carboxiquinase: Piruvato + CO2 + H2O + ATP -> Oxaloacetato + ADP + Pi + 2H+ ; Oxaloacetato + GTP <-> Fosfoenolpiruvato + CO2 + GDP - Conversão de frutose 1,6-bifosfato a frutose 6-fosfato : A reação irreversível catalisada pela fosfofrutoquinase é substituída por uma reação de hidrólise do grupo fosfato do carbono 1, catalisada pela frutose 1,6-bisfosfatase: Frutose 1,6-bisfosfato + H2O -> Frutose 6-fosfato + Pi - Conversão de glicose 6-fosfato a glicose : Para contornar a irreversibilidade da reação catalisada pela glicoquinase, esta reação é substituída por uma reação de hidrólise do grupo fosfato ligado ao carbono 6, catalisada pela glicose 6-fosfatase:
Glicose 6-fosfato + H20 -> Glicose + Pi Essas reações diferem no processo de glicólise e gliconeogênese porque algumas reações da glicólise, mas especificamente três, são irreversíveis, não podendo ocorrer então no sentido inverso, que seria o da giconeogênese. Então, estas reações são contornadas através de outras reações, catalisadas por outras enzimas.
16. Quais as reações que podem gerar fosfoenolpiruvato na gliconeogênese? A conversão de piruvato a fosfoenolpiruvato na gliconeogênese ocorre através de duas reações, a primeira que transforma piruvato em oxaloacetato (Piruvato + CO2 + H20 + ATP -> Oxaloacetato + ADP + Pi + 2H+), e a segunda que transforma o oxaloacetato gerado na primeira em fosfoenolpiruvato (Oxaloacetato + GTP <-> Fosfoenolpiruvato + CO2 + GDP). 17. Qual a origem do NADH para a gliconeogênese? A origem do NADH para a gliconeogênese é a partir da transformação de Lactato em Piruvato, que ocorre no citosol, e nela há a transformação de NAD+ e NADH, sendo este último então disponível para a gliconeogênese. Entretanto, em pessoas em jejum, isso não ocorre, acontecendo então, para formar o NADH necessário no processo, a transformação de Oxaloacetato em Malato na mitocôndria, esse malato formado sai da mitocôndria, se transformando em oxaloacetato no citosol, havendo então a formação de NADH no citosol. 18. O que seria um ciclo fútil na gliconeogênese/glicólise? Um ciclo fútil seria aquele em que a glicose é simultaneamente degradada pela glicólise e ressintetizada pela gliconeogênese. 19. Como uma planta é capaz de obter glicose a partir de acetil-CoA? O ciclo do glioxilato é uma via alternativa de metabolismo de acetil-CoA, encontrada nos vegetais e em algumas bactérias, que permite a síntese de glicose e a produção de intermediários do ciclo de Krebs a partir de acetil-CoA. (Por isso mesmo essa via conta com a presença de enzimas do ciclo de Krebs (citrato-sintase e aconitase) além de duas enzimas ausentes nessa via (isocitrato liase e a malato sintase)).
No ciclo de Krebs, isocitrato -> succinato Enquanto que no ciclo do glioxilato,
1) isocitrato -> succinato e glioxilato. 2.1) succinato -> oxaloacetato 2.2) glioxilato + acetil-CoA -> malato (passa para o citosol) -> oxaloacetato -> glicose (pela neoglicogênese). * O ciclo de glioxilato permite a conversão de acetil-CoA e, portanto, de ácidos graxos, e glicose. * Essa via não está presente em animais, devido à importância da via convencional para o sistema nervoso. O ciclo do glioxilato não produz alfa-cetoglutarato, um precursor do glutamato. Glutamato atua como neurotransmissor excitatório e como precursor do GABA, outro neurotransmissor, de função inibitória.
20. a) Por que temos ressaca? Quando o ácool chega no fígado, ele é transformado à acetaldeído, pela enzima álcool desidrogenase. O acetaldeído pode ser transformado, através de uma reação catalisada pela aldeído desidrogenase, em ácido acético, que não é tóxico. Entretanto, quando o álcool é ingerido em excesso, o estoque de uma substância chamada glutationa (coenzima que se junta à enzima para formar acetato), esgota-se rapidamente no fígado e, enquanto ele trabalha para repor o estoque, o acetaldeído se acumula no organismo. b) O que leva ao coma alcoólico? O etanol é absorvido rapidamente no estômago e no intestino delgado, seguindo para o fígado, único tecido que metaboliza o álcool. O álcool é transformado em acido acético, importantíssimo para o metabolismo humano na produção de energia. Quando se bebe demais, o fígado concentra quantias elevadas de ácido acético, que o impede de liberar glicose no sangue, causando hipoglicemia. Taxas muito baixas de glicose no sangue faz o cérebro provocar o desmaio, pois a glicose é a ÚNICA fonte de energia que o cérebro consome.
21. Quais tipos de reação você encontra no Ciclo do acido cítrico? 1. Descarboxilação oxidativa do piruvato; 2. Síntese do citrato a partir de acetil-CoA e oxalacetato; 3. Isomerização do citrato; 4. Oxidação e descarboxilação do isocitrato; 5. Descarboxilação oxidativa do α -cetoglutarato; 6. Clivagem da succinil-CoA; 7. Oxidação do succinato; 8. Hidratação do fumarato; 9. O xidação do malato. Resumindo: condensação, desidratação, hidratação, descarboxilação, oxidação, fosforilação ao nível de substrato.
22. Quais as funções do ciclo do ácido cítrico? A função do ciclo do ácido cítrico é colher elétrons de alta energia de moléculas energéticas, através de uma série de reações de oxirredução, ou seja, há a oxidação do Acetil-CoA, para liberar os dois C de cada um deles (que libera CO2). Isso gera elétrons de altamente energéticos que serão utilizados para impulsionar a síntese de ATP. Além disso, o ciclo é uma fonte importante de precursores para biomoléculas. 23. O que é uma reação anaplerótica? Cite o exemplo de duas. Uma reação anaplerótica é um caminho alternativo, de compensação, de preenchimento, que repõe intermediários em reações, de forma que as concentrações deles permanecem quase constantes. A mais comum ou importante é a que transforma piruvato ou fosfoenolpiruvato em oxalacetato ou malato em vários organismos e tecidos animais. O oxaloacetato, além de ser um intermediário do ciclo de Krebs, participa também da gliconeogênese. A degradação de vários aminoácidos também produz intermediários do ciclo de Krebs, funcionando como reações anapleróticas adicionais.
24. Faça um esquema mostrando como é regulado o ciclo do ácido cítrico.
25. De onde pode ter evoluído o ciclo do ácido cítrico? O ciclo do ácido cítrico parece ter surgido a partir de adaptações em vias préexistentes. Alguns organismos anaeróbicos conseguem transformar o oxoglucarato em Succinil-CoA, pela falta da oxoglarato desidrogenase. E possuem as enzimas necessárias para levar a conversão de oxaloacetato a succinil-CoA, produzindo malato e todos os outros intermediários do ciclo. É provável que o ciclo tenha evoluído a partir destas reações, quando a pressão evolutiva selecionou o organismo que conseguia completar esse ciclo por possuir a oxoglurato desidrogenase. 26. Qual rendimento energético do ciclo do ácido cítrico? Ao fim do Ciclo do Ácido Cítrico são formados 4 NADH, 1 FADH2 e 1 GTP (que é facilmente interconvertido em ATP), por molécula de Piruvato, como rendimento
energético para essa reação., sendo proveniente 1 NADH da conversão de Piruvato em Acetil Co-A e o restante oriundos diretamente do Ciclo do Ácido Cítrico.
27. Como atua a piruvato desidrogenase? O complexo piruvato desidrogenase é um complexo grande composto de três tipos de enzimas: Componente piruvato desidrogenase (E1) com grupamento prostético TPP, Di-hidrolipoil transacetilase (E2) com grupamento prostético lipoamida e Di-hidrolipoil desidrogenase (E3) com grupamento prostético FAD. Cada uma dessas enzimas catalisa uma parte da reação geral. Sua ação é constituída de 3 etapas: descarboxilação, oxidação e transferência da acetila resultante para CoA, sendo que essas etapas devem estar acopladas para a preservação da energia livre derivada da etapa de descarboxilação, para impulsionar a formação de NADH e acetil CoA. Primeiramente o piruvato é descarboxilado no sítio ativo de E1, formando hidroxietilTPP como substituinte, e sai CO2 como primeiro produto. Em seguida a hidroxietilTPP é oxidada formando uma acetila e E2 insere o braço lipoamida dentro do canal profundo de E1 que leva ao centro ativo. E1 catalisa a transferência da acetila para a lipoamida. O oxidante nesta reação é o grupamento dissulfeto da lipoamida que é reduzido a di-sulfidrila. Esta reação também catalisada pela E1, origina acetillipoamida. Por fim, a acetila é transferida da acetil-lipoamida à CoA, formando acetil CoA, essa reação é catalisada pela E2. Por fim, a lipoamida é oxidada pela coenzima FAD (regenerada pela enzima E3), permitindo que o complexo piruvato desidrogenase possa completar outro ciclo. 28. Por que a energia liberada na síntese do citrato não é utilizada para síntese do ATP? A concentração baixa de oxaloacetato faz com que a reação ocorra sempre no sentido de formação do citrato. A energia liberada na síntese do citrato não é utilizada para a síntese de ATP. 29. O que é fosforilação ao nível do substrato? É um processo cujo substrato energético possibilita a formação de ATP através da transferência do grupo fosfato para o ADP. 30. O que é fosforilação ao nível do substrato? É um processo cujo substrato energético possibilita a formação de ATP através da transferência do grupo fosfato para o ADP. 31. Por que a síntese do glicogênio utiliza UDP-glicose? A UDP-Glicose é essencial para ativar a glicose iniciando a síntese de glicogênio. A UDP-Glicose é a dadora imediata de resíduos de glicose na reação catalisada pela glicogênio sintase e ela promove a transferência do resíduo da UDP-glicose para a ponta não redutora de uma ramificação da molécula de glicogênio. Glicose 1-fosfato + UTP UDP-glicose + 2Pi 32. Como atua a glicogenina? A glicogenina é o molde inicial ao qual os primeiros resíduos de glicose são ligados e, também, a enzima catalisadora de reações de polimerização. Essa enzima é o centro da molécula de glicogênio e possui um grupo do resíduo de t irosina(Tyr 194). Este grupo se liga a UDP-glicose e libera a UDP. Assim a síntese de glicogênio se inicia e mais moléculas de glicose são agregadas ao polímero. 33. Por que o glicogênio é ramificado? Como é feita a ramificação? As ramificações aumentam as extremidades livres para adição e remoção de glicose (extremidade não redutora), sem ramificações só haveria uma extremidade. As ramificações são feitas por enzimas ramificadoras, ela age quando pelo menos onze
glicoses já foram adicionadas. Há uma clivagem da ligação entre a 7 a e 8a glicose, formando outra cadeia que é ligada por uma ligação α -1-6 na cadeia principal, a no mínimo quatro glicoses de distancia da outra ramificação, ou seja, a glicogenina orienta a reunião dos primeiros resíduos de glicose na síntese de uma nova molécula de glicogênio.
34. Como é regulada a síntese/degradação do glicogênio? A glicogênio fosforilase é ativada em resposta a epinefrina e ao glucagon, esses hormônios aumentam a concentração do cAMP. Essa enzima ativa a fosforilase quinase que converte o glicogênio em fosforilase b na sua forma ativa a. A glicose ligase na isozima da glicogênio fosforilase a presente no fígado favorecendo sua desfosforilação e consequente inativação . A glicogênio sintase a é inativada pela fosforilação catalisada pela GSK3. A insulina bloqueia a GSK3. A PP1 é ativada pela insulina e reverte a inibição desfosforilando a glicogênio sintase b. Esse hormônio estimula a síntese de glicogênio no músculo e no fígado. No fígado o glucagon estimula a quebra do glicogênio e a gliconeogênese ao mesmo tempo que bloqueia a glicólise; dessa forma a glicose é poupada e pode ser exportada para os demais tecidos. 35. Qual a importância da via pentose-fosfato? A via das pentoses fosfato utiliza NADP+ como receptor de elétrons e transforma-se em NADPH. Células de divisão rápida, como as da pele, utilizam pentoses, geradas nessa via, para sintetizar DNA, RNA e coenzimas. Em outros tecidos o produto principal da via das pentoses é o NADPH, que é usado nas reduções biossintéticas ou na defesa contra os efeitos deletérios dos radicais de oxigênio. Esses tecidos podem prevenir ou recuperar o dano oxidativo das proteínas, lipídios e outras moléculas sensíveis, mantendo um ambiente redutor. 36. Quais as reações que podem ocorrer com a ribulose 5-fosfato gerada na via da pentose-fosfato? A ribulose-5-fosfato se transforma em ribose-5-fosfato, que por sua vez pode gerar nucleotídeos, coenzimas, DNA, RNA, carboidrato e gliceraldeido. 37. Por que a via pentose-fosfato forma NADPH e não NADH? Nesta via de oxidação. O NADP+ é o aceptor de elétrons, gerando o NADPH. As células que se dividem rapidamente, como aquelas da medula óssea, da pele e da mucosa intestinal, assim como aquelas de tumores, utilizam a pentose ribose-5-fosfato para fazer RNA, DNA e coenzimas como ATP, NADH, FADH2 e coenzima A. Logo, a via pentose-fosfato forma NADPH e não NADH pelo fato de o fosfato presente no NADPH ser utilizado para a formação de RNA, DNA e coenzimas como ATP, NADH, FADH2 e coenzima A. 38. Qual a energia liberada no transporte de elétrons do NADH para o oxigênio? Qual o sentido dessa reação na fotossíntese e na fosforilação oxidativa? O NADH deve canalizar 4 elétrons para o O2 para para reduzi-lo completamente a água e, concomitantemente, são bombeados prótons da matriz para o lado citoplasmático da membrana mitocondrial interna. A energia livre nessa reação, que é termodinamicamente favorável, é calculada como ΔGo’: -231,8 KJ. Os sentidos dessa reação são inversos para fotossíntese e fosforilação oxidativa. Logo, na fotossíntese o gradiente de prótons é feito dentro do lúmen do tilacóide, e na fotossíntese, o gradiente é feito no espaço intermembrana, ou seja, no primeiro é de fora para dentro e no segundo de dentro para fora. 39. Quais os transportadores de elétrons na fotossíntese e na fosforilação oxidativa?
Os transportadores de elétrons na fotossíntese são o NADP+, FAD, as plastoquinonas, citocromos e o radical feofitina. Já na fosforilação oxidativa são o NAD+, o FAD, as ubiquinonas e os citocromos c.
40. Como pode ser resolvido o seguinte problema: passar 2 elétrons para quem quer receber 1? 41. Qual a força que impulsiona a síntese do ATP na fotossíntese e na fosforilação oxidativa? Cite experimentos que podem comprovar isso? O gradiente eletroquímico causado pela diferença de concentração de íons H+ entre os dois lados da membrana mitocondrial. A ligação do H+ na subunidade Fo induz uma mudança de conformação em γ, que causa uma mudança de conformação nas subunidades β de modo que isso gira o mecanismo da ATP sintase e faça o motor
funcionar. Para provar isso basta criar uma diferença artificial entre os níveis de pH dos dois lados da membrana. Colocar uma mitocôndria em um tampão de pH= 9 e esperar o equilíbrio entre os dois lados da membrana. Logo em seguida, insere-se essa mitocôndria em um pH = 7 contendo valinomicina, cria-se,então, um desbalanceamento de cargas devido ao fluxo de íons do tampão. A soma do pontecial químico e do potencial elétrico age como força próton-motriz para surportar a síntese de ATP na ausência de um substrato oxidável. Qualquer experimento que ocorra a alteração rápida do pH externo e a adição de ADP e PI no meio externo prova que a diferença de potencial eletroquímico é responsável pela atuação da ATP sintase.
42. O que são espécies ativas de oxigênio? Como elas são evitadas na fotossíntese e na fosforilação oxidativa? 43. O que ocorre no fotosistema I e II da fotossíntese? Quando o fotossistema II absorve luz, os elétrons na clorofila do centro de reação são excitados para um nível de energia mais elevado e são captados pelo aceptor primário de elétrons. Para compensar a deficiência em elétrons, outros são extraídos da água, através de fotólise ou por via enzimática, sendo depois direcionados para a clorofila. Quando o elétron chega ao fotossistema I, preenche a deficiência eletrônica da clorofila do centro de reação do fotossistema I. A deficiência é devida à fotoexcitação dos elétrons que são novamente sequestrados numa molécula aceptora de elétrons, neste caso a do fotossistema I No fotossistema I o centro de reação P700 tem um de seus elétrons excitados pela energia proveniente da luz e então inicia-se uma reação em cadeia, que culmina com a transferência desse elétron para a ferrodoxina. A partir daí, a reação de transferência do elétron pode tomar dois rumos diferentes: a ferrodoxina pode transferir o elétron para a ferrodoxina: NADP + oxirredutase, que vai reduzir o NADP + à NADPH, ou a ferrodoxina pode transferir o elétron excitado para o complexo do citocromo b6f, que vai, por sua vez, transferir o elétron novamente para o centro de reação P700, resultando na redução do P700 e no bombeamento de prótons para o lúmen dos tilacóides. No fotossistema II da fotossíntese o centro de reação P680 também terá um de seus elétrons excitado pela energia proveniente da luz. Uma reação em cadeia de transferência desse elétron irá ocorrer, sendo este transferido do P680 para a f eofitina, desta para a plastoquinona, da plastoquinona para uma segunda quinona que, finalmente, transferirá o elétron para o complexo do citocromo b6f. Este complexo irá transferir o elétron excitado para a plastocianina, resultando no bombeamento de prótons para o lúmen dos tilacóides. A plastocianina transferirá o elétron para o centro de reação P700, iniciando o ciclo do fotossistema I.
44. Como atua a ATP sintase? ATP sintase é o nome genérico dado a proteínas que sintetizam ATP a partir de ADP e de fosfato inorgânico. A ATP sintase atua através de um gradiente eletroquímico gerado pelo bombeamento de prótons acoplado à transferência de eletros durante o ciclo mitocondrial da respiração.A membrana interna da mitocôndria é impermeável à passagem de prótons,que necessitam voltar por canais específicos. A ATP sintase é um motor molecular composto de 2 unidades operacionais,uma rotacional e outra estacionária.Essa enzima executa catélise rotativa,na qual o f luxo de prótons através da unidade F0 faz com que cada um dos 3 sítios de ligação para o nucleotídeo em F1 execute um ciclo entre as conformações que se ligam com ADP + Pi,que se ligam com ATP e que permanecem vazias.A ATP sintase dos cloroplastos é similar àquela encontrda nas mitocôndrias. 45. Por que o ATP é sintetizado no lado interno da mitocôndria se é dispendioso lança-lo para fora da mitocôndria? ATP e ADP não se difundem livremente pela membrana mitocondrial interna. Estas moléculas altamente carregadas movem-se através de uma proteína de transporte específica, ATP-ADP translocase (adenina nucleotídeo translocase ou ANT), o que possibilita a elas atravessarem esta barreira de permeabilidade. Os fluxos de ATP e ADP são acoplados; só entra ADP na matriz mitocondrial se sair ATP, e vice-versa. A reação catalisada pela translocase faz um antiporte: entrada de ADP na matriz é precisamente acoplada à saída de ATP. O potencial de membrana e a força prótonmotriz são diminuídos pela troca de ATP por ADP, o que resulta em um balanço de transferência de uma carga negativa para fora da matriz. A troca de ATP por ADP é energeticamente dispendiosa; cerca de um quarto do rendimento energético da transferência de elétrons pela cadeia respiratória é consumido para regenerar o potencial de membrana drenado por este processo de troca. A inibição deste processo leva à inibição da respiração celular, por isso há síntese de ATP no lado interno da mitocôndria. 46. Como funciona a fase escura da fotossíntese? A fase escura da fotossíntese, também conhecida como ciclo de Calvin, acontece no estroma do cloroplasto - as organelas da fotossíntese - e compreende três estágios: A fixação de CO2 pela ribulose 1,5-bisfosfato, formando duas moléculas de fosfoglicerato; A redução do 3-fosfoglicerato, fomando hexoses; e A regeneração da ribulose 1,5-bifosfato, de modo que mais CO 2 possa ser fixado. A molécula de CO2 condensa-se com a ribulose 1,5-bisfosfato, formando um composto instável com seis carbonos, que é rapidamente hidrolisado a duas moléculas de 3fosfoglicerato. Essa reação é catalizada pela ribulose 1,5-bisfosfato carboxilase/oxigenase - geralmente chamada de rubisco. O 3-fosfoglicerato é a seguir convertido em frutose 6-fosfato, que prontamente se converte a seus isômeros, glicose 1-fosfato e glicose 6-fosfato. As etapas nessa conversão são iguais às da gliconeogênese, exceto que a gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase dos cloroplastos, que gera gliceraldeído 3-fosfato (GAP), é específica para NADPH e não para NADH. Estas reações e as catalizadas pela rubisco levam o CO 2 para o nível de uma hexose, transformando CO 2 em uma reserva química de energia à custa de NADPH e ATP gerados nas reações à luz. Por fim, a ribulose 1,5-bisfosfato é regenerada. Para produzir uma ose de cinco carbonos a partir de oses com seis e três carbonos, uma transcetolase e uma aldolase desempenham o papel principal no remanejo dos átomos de carbono. A transcetolase, que necessita da coenzima tiamina pirofostato, transfere uma unidade de dois carbonos de uma cetose para uma aldose. A aldolase cataliza uma condensação aldólica entre a di-hidroxiacetona fosfato e um aldeído. Dessa forma, ocorre a construção da ose de cinco carbonos. Finalmente, a ribose 5fosfato transforma-se em ribulose 5-fosfato pela fosfopentose isomerase, enquanto a
xilulose 5-fosfato é transformada em ribulose 1,5-bisfosfato pela fosfopentose epimerase. A ribulose 5-fosfato converte a ribulose 1,5-bisfosfato pela ação da fosforribulose cinase, completando o ciclo de Calvin.
47. Qual o problema da RUBISCO? Como as plantas tropicais solucionam esse problema? A especificidade da rubisco para o CO2 como substrato não é absoluta; o O2 compete com o CO2 pelo sitio ativo da enzima. Como uma carboxilase a rubisco catalisa a ligação covalente do CO2 ao açúcar de cinco carbonos, ribulose-1,5-bifosfato, e a clivagem do intermediário instável de seis carbonos para formar duas moléculas de 3fosfoglicerato. Como oxigenase, esta enzima, catalisa a condensação do O2 com a ribulose-1,5-bifosfato para formar 3-fosfoglicerato e fosfoglicolato. Além disso, a afinidade da rubisco em relação ao CO2 diminui com o aumento da temperatura, exacerbando a tendência da enzima catalisar a improdutiva reação de oxigenase. As plantas desenvolveram um mecanismo para evitar o problema da fotorespiração desperdiçadora de energia. Nos vegetais C4 (nos quais o CO2 assimila-se temporária mente em um composto com quatro átomos de carbono), que tipicamente crescem em ambientes de temperatura e luminosidade elevadas, a fotossíntese envolve dois tipos de células: mesofílicas e envoltória dos feixe vascular. O CO2 é primeiro nas células mesofílicas em um composto de quatro carbonos, que passa para as células envoltórias do feixe e libera o CO2 em altas concentrações, onde é fixado pela rubisco e as reações remanescentes do ciclo de Calvin ocorrem como nas plantas C3. 48. Como é regulada a fotossíntese e a fosforilação oxidativa? A fosforilação oxidativa é uma via metabólica que utiliza energia libertada pela oxidação de nutrientes de forma a produzir trifosfato de adenosina. O processo referese à fosforilação do ADP em ATP, utilizando para isso a energia libertada nas reacções de oxidação-redução. A fosforilação oxidativa é regulada pelas necessidades da célula por energia, e uma medida do estado energético das células é dada pela concentração do ADP. A velocidade da respiração (consumo de oxigênio) também pode ser um fator regulatório da fosforilação oxidativa. O quociente da ação das massas que é dado pela [ATP] / [ADP] [Pi] é normalmente um valor muito alto, de modo que o sistema ATP-ADP está quase totalmente fosforilado. Quando aumenta a velocidade de algum processo que requer energia a velocidade da transformação de ATP em ADP e Pi também aumenta, diminuindo o quociente da ação das massas. Com mais ADP disponível para a fosforilação oxidativa, a velocidade da respiração aumenta, provocando a regeneração do ATP. Isso continua até que o coeficiente da ação das massas retorne ao seu nível normal alto, quando a respiração diminui novamente.
