ENERGIA NOS SISTEMAS BIOLÓGICOS
A energia é a capacidade de realizar trabalho.
- O trabalho químico possibilita que as células e os organismos cresçam, se reproduzam e realizem funções normais.
- O trabalho de transporte permite que as células movimentem moléculas para criar gradientes de concentração.
- O trabalho mecânico é usado para o movimento.
A energia cinética é a energia do movimento. A energia potencial é a energia armazenada.
REAÇÕES QUÍMICAS
Uma reação química começa com um ou mais reagentes e finaliza com um ou mais produtos. A taxa de reação é medida como a mudança de concentração dos produtos no tempo, e é frequentemente expressa como molaridade por segundo (M/s).
A ativação energética é a porção inicial de energia exigida para começar uma reação, que pode ser exergônicas (são produtoras de energia) e endergônicas (são utilizadoras de energia). A função de associar essas reações e exergônicas com as endergônicas, cabe as vias metabólicas. E a energia que redireciona as reações endergônicas está armazenada no ATP.
- Se uma reação acontece em ambas as direções é denominada reação reversível.
- Se uma reação pode acontecer em uma direção mas não em outra, então ela é uma reação irreversível.
O saldo da mudança de energia livre - é a energia armazenada em ligações químicas de uma molécula e disponível para realizar trabalho - de uma reação determina se esta reação pode ser revertida.
ENZIMAS
As enzimas são moléculas de natureza proteica com função catalizadora, capaz de produzir ou acelerar a velocidade da taxa de reações químicas sem que as mesmas sofram modificações, num substrato específico. As enzimas ligam-se às moléculas reagentes, colocado-as juntas na melhor posição para que possam reagir uma com a outra. Nas reações catalisadas por enzimas, os reagentes são denominados substratos.
As enzimas são marcadas pela sua especificidade, que é a capacidade de uma enzima de catalisar uma determinada reação ou um grupo de reações intimamente relacionadas, num caráter seletivo.
A parte da enzima que liga-se ao substrato é denominada sítio de ligação. No modelo adaptação induzida é dito que a interação entre a enzima e o substrato tem uma forma intermediária que pode mudar e adaptar-se às moléculas do substrato ou às dos produtos.
Algumas enzimas são produzidas como precursores inativos e devem ser ativadas. Isto pode exigir a presença de um cofator. Cofatores orgânicos são denominados de coenzimas.
A atividade da enzima é alterada pela temperatura, pH, e por moléculas moduladoras. Um modulador muda a capacidade da enzima de ligar-se ao substrato ou altera a energia de ativação da reação. Enquanto os inibidores competitivos, bloqueiam diretamente o sítio de ligação da enzima.
- Moduladores alostéricos ligam-se à enzima longe do sítio de ativação e mudam a forma deste sítio de ligação.
- Moduladores covalentes afetam a capacidade da enzima de diminuir a energia de ativação da reação.
A modulação, a concentração enzimática, e a reação de concentração de substratos e produtos, são alguns dos fatores que interferem na taxa de reação enzimática. A taxa de trabalho é a máxima possível quando uma enzima está saturada com o substrato.
Lei da Ação das massas: Quando uma reação está em equilíbrio (quando a taxa de reação na direção para frente é exatamente igual à taxa de reação inversa), a razão de substratos e dos produtos é sempre a mesma.
A maioria das reações podem ser classificadas em reações de oxirredução, hidrólise-desidratação, troca-adição-subtração ou ligação.
METABOLISMO
Todas as reações químicas do corpo, estas reações extraem energia das biomoléculas nutricionais e sintetizam ou quebram moléculas. Esse conjunto de fenômenos físicos e químicos através dos quais a energia e a matéria tornam-se disponíveis para o uso do organismo, são conhecidos como metabolismo.
O metabolismo é frequentemente dividido em:
- Catabolismo: reações em que substâncias complexas são convertidas em substâncias simples, resultando em liberação de energia;
- Anabolismo: reações que utilizam energia, convertem substâncias simples em complexas, permitindo por exemplo, a produção de novos materiais para o protoplasma celular ou o armazenamento de energia para o desempenho das atividades celulares.
Como as células regulam o fluxo de moléculas através da suas vias metabólicas? Elas fazem isso a partir de cinco modos básicos:
- Controlando a concentração de enzimas;
- Pela produção de moduladores alostéricos e covalente;
- Uso de diferentes enzimas para catálise de reações reversíveis;
- Isolando enzimas dentro de organelas intracelulares;
- Mantendo uma razão ótima entre ATP e ADP.
PRODUÇÃO DE ATP
- Durante a glicólise, uma molécula de glicose é convertida em duas moléculas de piruvato, 2 ATP, 2 NADH e 2H+. A glicólise não necessita da presença de oxigênio.
- No metabolismo anaeróbico, o piruvato é convertido em lactato, produzindo 2 ATP para cada molécula de glicose.
- No metabolismo aeróbico o piruvato vai para o ciclo do ácido cítrico, e dá origem a moléculas de ATP, dióxido de carbono, água e elétrons de alta energia que são capturados pela NADH e FADH2.
- Elétrons de alta energia provenientes do NADH e FADH2 doam sua energia quando passam através do sistema de transporte de elétrons. Sua energia é capturada em ligações de alta energia do ATP.
- O glicogênio e os lipídios são as principais formas de armazenamento de energia dos animais. Os lipídios são degradados para produzirem ATP em um processo denominado beta-oxidação.
VIAS METABÓLICAS DE SÍNTESE
A síntese das proteínas é controlada por genes feitos de DNA no núcleo. O código de um gene é transcrito em um código correspondente no RNA mensageiro (RNAm). O RNAm deixa o núcleo, e com auxílio do RNA transportador e do RNA ribossômico, une aminoácidos em uma seqüência específica determinada pelo gene. Esse processo é denominado tradução.
Proteínas novas sintetizadas podem ser modificadas no retículo endoplasmático rugoso ou no complexo de Golgi, elas são empacotadas em vesículas membranosas que tornam-se lisossomos, vesículas de estocagem ou vesículas secretoras.
