Bioquímica: Metabolismo, Respiração Celular e Coenzimas

Fundamentos: Nucleotídeos e Ácidos Nucleicos

O **nucleotídeo** é a unidade fundamental que compõe o **ácido nucleico**, sendo formado por um monossacarídeo (açúcar) + grupo fosfato + base nitrogenada. Os ácidos nucleicos são o **DNA** (Ácido Desoxirribonucleico) e o **RNA** (Ácido Ribonucleico).

Diferenças entre DNA e RNA

• O **RNA** contém o açúcar **Ribose**.
• O **DNA** contém o açúcar **Desoxirribose**.
• As bases nitrogenadas do DNA são: Citosina, Guanina, Adenosina e **Timina**.
• As bases nitrogenadas do RNA são: Citosina, Guanina, Adenosina e **Uracila**.

Coenzimas Essenciais

Temos as coenzimas **NAD**, **NADP** e **FAD**, além do **ATP**.

Coenzimas Transportadoras de Elétrons

• **NAD** – Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo
  • NAD⁺: Forma oxidada.
  • NADH + H⁺: Forma reduzida. Em solução, transporta 2 elétrons (e⁻) e 1 próton (H⁺).
• **NADP** – Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo Fosfato
  • NADP⁺: Forma oxidada.
  • NADH + H⁺: Forma reduzida.
• **FAD** – Flavina Adenina Dinucleotídeo
  • FAD: Forma oxidada.
  • FADH₂: Forma reduzida.
• **ATP** – Adenosina Trifosfato: O ATP é formado por ADP + Pi (grupo fosfato). Quando a ligação é quebrada, ele gera energia.

Vitaminas B (Hidrossolúveis)

As vitaminas B são frequentemente precursoras de coenzimas:

• Vitamina B1 (Tiamina)
• Vitamina B2 (Riboflavina)
• Vitamina B3 (Niacina)
• Vitamina B5 (Ácido Pantotênico)
• Vitamina B6 (Piridoxina)
• Vitamina B7 (Biotina)
• Vitamina B9 (Ácido Fólico)
• Vitamina B12 (Cobalamina)

Metabolismo Celular

O **Metabolismo** engloba todas as transformações químicas que ocorrem em uma célula ou em um organismo vivo. Desenvolve-se através de uma série de reações catalisadas por enzimas, chamadas **Vias Metabólicas**.

Anabolismo e Catabolismo

• **Anabolismo:** Fase do metabolismo envolvida na **síntese** de compostos que constituem a estrutura do organismo. Necessita de energia e realiza reações irreversíveis. Exemplo: Síntese de Proteína.
• **Catabolismo:** Fase do metabolismo em que ocorre a **degradação** das macromoléculas nutritivas com **liberação de energia livre**. Envolve processos oxidativos e reações irreversíveis. Exemplos: Cadeia Respiratória, Glicólise, Fosforilação Oxidativa.

Vias de Metabolismo da Glicose

• **Glicólise:** Degradação da glicose. É uma via central e quase universal do catabolismo da glicose.
  • **Fase Preparatória:** Fosforilação da glicose e sua conversão a 2 Gliceraldeído-3-Fosfato.
  • **Fase de Pagamento:** Conversão de 2 moléculas de Gliceraldeído-3-Fosfato a 2 moléculas de Piruvato, juntamente com a síntese de 4 ATPs e redução de 2 NAD⁺ em NADH + H⁺.
• **Glicogenólise:** Degradação do glicogênio, realizada através da retirada sucessiva de moléculas de glicose.
• **Glicogênese:** Processo de síntese de glicogênio no fígado e músculos, no qual moléculas de glicose são adicionadas à cadeia do glicogênio.
• **Gliconeogênese:** Processo através do qual precursores como lactato, piruvato, glicerol e aminoácidos são convertidos em glicose.

Respiração Celular e Cadeia de Transporte de Elétrons (CTE)

Fosforilação

A **Fosforilação Oxidativa** é a síntese de ATP a partir de ADP + Pi por meio do canal da **ATP Sintase**. Já a **Fosforilação ao Nível do Substrato** é a formação de ATP que vem diretamente da reação.

O Papel do Oxigênio na CTE

O **oxigênio** é o aceptor final de elétrons no Complexo IV da CTE. Os prótons (H⁺) se juntam ao oxigênio, formando água.

Fluxo de Elétrons (NAD e FAD)

1. Quando o **NAD** descarrega seus elétrons no **Complexo I**, ele fica oxidado.
2. Os elétrons passam do Complexo I para a **Coenzima Q** (Ubiquinona).
3. A Coenzima Q transporta os elétrons para o **Complexo III**.
4. Do Complexo III, os elétrons são transportados para o **Citocromo c**.
5. O Citocromo c transporta os elétrons para o **Complexo IV**.
6. Do Complexo IV, os elétrons saem para a matriz, juntando-se ao oxigênio e formando água.

Quando o **FAD** descarrega seus elétrons no **Complexo II**, ele fica oxidado. O fluxo segue do Complexo II para a Coenzima Q, e o restante do processo é idêntico ao descrito acima (Complexo III → Citocromo c → Complexo IV → Água).

Diferença de Rendimento NAD vs. FAD

Na passagem do FAD, são bombeados menos prótons para o espaço intermembranas, resultando no retorno de menos prótons para a matriz, o que gera menos energia e menos ATP.

Os prótons voltam para a matriz pelo canal da **ATP Sintase**. Nesse processo, é gerada uma ligação de ADP + Pi, resultando em **ATP**.

Redução de Coenzimas no Ciclo de Krebs

A redução do NAD ocorre nos passos 3, 4 e 8, e a redução do FAD ocorre apenas no passo 6.

Inibidores da CTE

• **Inibidores do Complexo I:** Rotenona (inseticida).
• **Inibidores do Complexo II:** Malonato.
• **Inibidores do Complexo IV:** Cianeto, Monóxido de Carbono, Ácido Sulfúrico.

O **DNP** (Dinitrofenol, composto hidrofóbico) atravessa a membrana interna da mitocôndria, fazendo com que os prótons deixem de passar pela ATP Sintase. O DNP foi usado como agente emagrecedor.

Destino do Piruvato

Condições Aeróbias (Com O₂)

O Piruvato sai do citosol e entra na mitocôndria. Ele perde um carbono (CO₂), transformando-se em um composto acetil. A **Coenzima A** se liga ao acetil, formando **Acetil-CoA**. A Coenzima A é uma vitamina que aumenta a velocidade da reação no Ciclo de Krebs.

Condições Anaeróbias (Sem O₂)

O Piruvato é transportado e transformado em **Lactato** pela enzima **Lactato Desidrogenase**.

Metabolismo Anaeróbico e ATP

O metabolismo anaeróbico gera menos ATP porque o piruvato, em vez de passar pelo Ciclo de Krebs, é transformado diretamente em lactato pela enzima LDH.

O **metabolismo anaeróbico lático**, com a produção de lactato, é o principal sistema de produção de energia utilizado em atividades físicas de duração relativamente curta (30 a 90 segundos). Exemplos: corrida de 400m, provas de natação de 200m, futebol, tênis, etc. O lactato produzido no músculo vai para a corrente sanguínea e, em seguida, para o fígado, onde é removido do sangue e metabolizado.