Em formação

Por que o ATP é usado como fonte de energia em vez de glicose?


Estou lutando para apontar um equívoco, mas não acho que entendo por que o ATP é usado como uma molécula de energia em vez de glicose. Eu entendo que a glicose é respirada, oxidada ou queimada e produz energia na forma de ATP, então acho que o que não entendo é por que a glicose não é hidrolisada (como o ATP) quando a energia é necessária em vez de converter sua energia para ATP primeiro.


Bem, a mecânica disso pode realmente ficar bem complicada, dependendo de quão longe nas ervas daninhas bioquímicas que queremos ir, mas existem algumas razões muito simples no núcleo ... Bem, na verdade, eles não são tão simples, mas podem pelo menos, ser analogizado de maneiras simples. O primeiro e mais fácil de ilustrar é este. Esta é uma molécula de glicose:

E esta é uma molécula de ATP:

Se você quiser extrair alguma energia de uma molécula de ATP, tudo o que você precisa fazer é quebrar um desses grupos fosfato. Se você quiser adicionar mais, basta colocar outro grupo de fosfato de volta. Isso pode ser feito sem alterar significativamente a estrutura da própria molécula. Essa base de adenosina nunca é tocada. Apenas a cadeia de fosfatos é manipulada. É muito mais eficiente em termos de energia adicionar e remover esses grupos de fosfato do que adicionar e subtrair elementos de uma molécula de glicose, pois não há como quebrá-la com eficácia sem alterar significativamente sua estrutura, o que torna mais difícil reconstruí-la. Queremos uma molécula à qual seja tão fácil adicionar energia quanto extrair energia. A molécula de glicose simplesmente não tem uma cadeia que seja fácil de remover e colocar de volta à vontade. O grupo CH2OH no final parece um dissipador de energia atraente, mas tirar tudo não é tão fácil quanto parece, e também não contém tanta energia quanto um grupo de fosfato, o que nos leva a a segunda razão, fácil de ilustrar, o ATP é mais atraente do que a glicose como portador de energia.

Se você observar essa cadeia de fosfatos, perceberá que cada um deles está separado por um átomo de oxigênio. Há também um monte de hidrogênios convenientes e grupos OH flutuando que tornam a hidrólise e a desidratação muito fáceis. Onde você hidrolisaria a molécula de glicose para produzir uma molécula de baixa energia que pode ser convertida de volta em glicose com mais eficiência do que o ADP pode ser convertido de volta em ATP? Basta comparar este processo:

Para este:

A hidrólise do ATP se parece mais com a quebra de polissacarídeos em glicose do que com o catabolismo da própria glicose, e isso está no centro da diferença entre as duas moléculas. É sempre mais fácil adicionar e subtrair elos de uma cadeia do que fazer modificações diretas em um dos próprios elos. Glicose é excelente para energia armazenar. Você pode colocar muita energia em uma molécula de glicose, mas uma vez que você a extrai, é muito difícil colocá-la de volta. É muito mais fácil jogar fora o lixo e começar de novo fazendo ou comendo outro. Não temos esse luxo com ATP. Ele tem que ser capaz de diminuir sua carga de energia e coletar mais. Para isso, a estrutura do ATP é muito mais adequada do que a estrutura da glicose.


Para entender essa resposta à pergunta, é necessário ter um conhecimento elementar da glicólise e do conceito de mudança de energia livre nas reações químicas. Isso pode ser obtido a partir de textos bioquímicos como Berg et al. conectados.

Moeda de energia

Se a energia bioquímica é armazenada predominantemente em uma determinada molécula, essa molécula atua como "moeda" que pode ser usado para uma variedade de requisitos bioquímicos. A ideia geral é que a energia livre de Gibbs (negativa) muda da conversão:

Carteira carregada -> Carteira vazia

é usado para conduzir alguma reação química ou processo, como transporte de íons, emissão de luz, contração muscular, etc., que requer energia. Para uma reação química, isso seria:

Composto de baixa energia -> Composto de alta energia

Deve haver alguma maneira de recarregar a bolsa descarregada com energia.

No metabolismo celular, o ATP é a bolsa carregada e ADP - e às vezes AMP - a bolsa vazia. A questão é por que ATP, e não glicose.

Propriedades desejáveis ​​para uma moeda de energia

Aqui estão alguns. Você pode ser capaz de pensar em outras pessoas.

  1. Ele pode ser usado em uma ampla variedade de processos químicos na célula.

  2. Ele pode armazenar e liberar energia em quantidades suficientes para a maioria das reações, mas não muito grande para ser desperdiçado.

  3. Sua remoção e regeneração não interromperão importantes vias metabólicas.

  4. Ele pode ser disponibilizado para diferentes tipos de células e organelas em uma variedade de circunstâncias.

Como os candidatos cumprem os requisitos?

Se olharmos para a glicose como tal, ela falha imediatamente no teste na contagem 2, porque a energia liberada por sua oxidação em dióxido de carbono e água é muito mais do que o necessário para conduzir a maioria das reações químicas: aprox. 30x a da hidrólise do ATP, que se mostra de magnitude mais adequada.

Mas, não vamos desistir da glicose ainda. Poderíamos realizar apenas uma das etapas intermediárias da glicólise, onde ocorre uma mudança adequada de energia livre. Um excelente exemplo é a oxidação do gliceraldeído 3-fosfato. Na glicólise, a mudança de energia é usada para fosforilar o produto da oxidação (fosfoglicerato), mas em um universo diferente, poderíamos imaginar o gliceraldeído (com ou sem o fosfato) como a moeda de energia, e a energia livre de sua oxidação acoplada a outras reações.

Isso tem um problema químico: o que está acontecendo com o gliceraldeído (e a glicose como um todo) é oxidação - não hidrólise como afirma a pergunta - portanto, só seria adequado para conduzir reações de redução. Ele falha na contagem 1.

Os intermediários redox de “alta energia” têm seu lugar no metabolismo - NADH etc. - mas isso é claramente limitado, e é por isso que a energia de sua oxidação é usada para regenerar a moeda mais geral. Na prática, isso é ATP. Embora se possa argumentar se a Natureza poderia ter adotado alguma outra molécula que tinha uma alta energia livre de hidrólise negativa, essa não é a questão aqui. (Em alguns casos, sim.)

Não há necessidade real de nenhum dos pontos 3 e 4 para rejeitar o argumento da glicose, mas não há mal nenhum em abordá-los. Poderia um intermediário na oxidação da glicose ser usado sem interromper o processo de glicólise? Talvez - ATP é usado para a síntese de RNA. Mas qual seria a vantagem de qualquer maneira? A glicose não é a única fonte de energia celular - Por que não um intermediário na oxidação dos ácidos graxos? E se aceitar que a moeda teria que ser um intermediário, a disponibilidade de glicose é menos relevante, pois a bolsa não precisaria ser refeita o tempo todo, apenas refilada, de forma semelhante que a síntese de adenosina é baixa em comparação com a fosforilação de ADP.

Referência

Há uma seção específica em Berg et al. no ATP como moeda de energia.


EXAME 2 BIOLOGIA

(Opção B)
B
A energia da luz é capturada pelos cloroplastos.

(Opção C)
C
É a primeira etapa da fotossíntese.

(Escolha A)
UMA
É uma reação catabólica.

(Opção B)
B
É uma reação anabólica.

(Opção C)
C
É uma reação fotossintética.

(Opção B)
B
De áreas de baixa concentração a áreas de alta concentração

(Opção C)
C
De áreas de alta concentração a áreas de baixa concentração

(Escolha A)
UMA
Membrana tilacóide de cloroplasto

(Opção B)
B
Estroma de cloroplasto

(Opção C)
C
Membrana externa de cloroplasto

(Escolha A)
UMA
É usado como reagente para formar o produto.

(Opção B)
B
Ele fornece o substrato necessário para que a reação ocorra.

(Opção C)
C
Ele aumenta a energia de ativação para que uma reação possa ocorrer.

(Escolha A)
UMA
A glicólise não ocorrerá e o piruvato não se formará, fazendo com que a célula de levedura sofra a fermentação do álcool.

(Opção B)
B
A glicólise ainda ocorrerá, mas o piruvato não se formará, fazendo com que a célula de levedura sofra a fermentação do álcool.

(Opção C)
C
A glicólise ainda ocorrerá, o piruvato ainda se formará, fazendo com que a célula de levedura seja submetida à fermentação do ácido lático.


As gorduras fornecem mais energia quando decompostas

Quando se trata de comparar a quantidade de energia entre açúcares e gorduras, as gorduras definitivamente vencem.

A unidade mais básica de todas as gorduras do corpo é um ácido graxo. Esses ácidos graxos estão ligados a outros tipos de moléculas, como carboidratos, fosfatos, proteínas ou glicerol, o que explica os diversos tipos de lipídios que se encontram em nosso corpo. Quimicamente, um ácido graxo é composto por uma longa cadeia de carbonos (chamada de cadeia de hidrocarbonetos) e um grupo carboxila (que dá à molécula uma natureza ligeiramente ácida) em uma extremidade. É mais ou menos assim:

Ácido palmítico. Este é um ácido graxo com 16 carbonos. As esferas pretas representam o carbono, as brancas representam o hidrogênio e as vermelhas são o oxigênio. A extremidade esquerda possui um grupo -COOH (carboxila) com uma longa cauda de carbonos atrás dele. (Crédito da foto: Alejandro Porto / Wikimedia Commons)

O comprimento da cadeia de carbono é variável, pode ser tão pequena quanto 3 carbonos e até 38 carbonos. Eles podem ter apenas ligações simples, chamadas de ácidos graxos saturados, ou podem ter ligações duplas, que são então chamadas de ácidos graxos insaturados.

Vamos considerar o ácido palmítico, um ácido graxo simples de 16 carbonos, ilustrado acima. Seu catabolismo ocorrerá em duas etapas. A b-oxidação dos ácidos graxos é a primeira via metabólica que atuará sobre ela. Quando nosso ácido palmítico entra na via de b-oxidação, ele produzirá um total de 28 ATP e 8 acetil-CoA. Essas 8 moléculas de acetil-CoA serão canalizadas para o ciclo do ácido cítrico que ocorre na mitocôndria. Após serem quebradas pelo ciclo cítrico, essas 8 moléculas de acetil-CoA irão produzir 80 ATP. Portanto, a energia total fornecida por uma molécula de ácido palmítico é 28 + 80 = 108 ATP. Em termos de calorias, 1 grama de gordura representa 9 kcal / g.

Por outro lado, 1 molécula de glicose, quando quebrada pela glicólise e pelo ciclo cítrico, produz apenas 40 moléculas de ATP. (Para os não iniciados, o ATP é conhecido como a moeda de energia da célula. A energia para fazer o trabalho vem da quebra de uma ligação dessa molécula). Em termos de calorias, 1 grama de carboidrato representa kcal / g de energia, menos da metade do que contém gordura.


Vegetais e frutas

Outras fontes de ATP em sua dieta incluem vegetais e frutas. Todos esses alimentos contêm uma grande quantidade de células vegetais, cada uma contendo uma reserva de ATP. Vegetais e frutas também contêm carboidratos, que são convertidos em glicose dentro das células após o consumo, e então usados ​​para produzir ATP conforme necessário. Uma dieta rica em frutas e vegetais também traz uma série de outros benefícios à saúde, incluindo redução do risco de doenças cardiovasculares, distúrbios digestivos e alguns tipos de câncer, de acordo com a Harvard School of Public Health. Consuma uma variedade de frutas e vegetais, e tente comer pelo menos nove porções desses alimentos por dia, tanto como fonte de ATP quanto de outros nutrientes.


Princípios básicos das vias de produção de ATP

Glicolise

A glicólise é um processo pelo qual a glicose é parcialmente convertida por meio de uma série de reações catalisadas por enzimas em duas moléculas de piruvato. Alguns tipos de células de mamíferos (eritrócitos, espermatozoides) e tecidos (cérebro, medula renal) são capazes de sobreviver apenas (ou principalmente) com a energia derivada da glicólise. As etapas que compreendem os processos que levam à quebra da glicose de seis carbonos em duas moléculas de piruvato de três carbonos podem ser divididas em duas fases: a fase preparatória e a chamada fase de & # x0201cpayoff & # x0201d (Fig. & # X000a0 1 )

Gerenciamento de ATP dentro da célula. Representação esquemática dos mecanismos de síntese e armazenamento de ATP dentro da célula. A glicólise é representada na amarelo e caixas azuis, o ciclo TCA pelo círculo verde, e fosforilação oxidativa no caixa laranja. A redução de piruvato a lactato é representada dentro do retângulo pontilhado vermelho. Contatos hipotéticos entre vesículas de armazenamento de ATP e mitocôndrias, com transferência de ATP preferencial, são mostrados dentro do círculo pontilhado vermelho

Na primeira fase, a glicose é fosforilada no grupo hidroxila em C-6 pela hexoquinase (HK) gerando glicose 6-fosfato. Este evento é fundamental para & # x0201ctrap & # x0201d a hexose dentro da célula. Na verdade, a existência de um transportador de hexose fosforilada não foi relatada em células de mamíferos. Desta forma, a fosforilação da glicose altera o equilíbrio da concentração de glicose, impedindo seu escape. Vários tipos de HKs foram encontrados, cada um com características específicas. No caso do HK IV (glucoquinase), conhecido por ser específico do fígado, é a insensibilidade à inibição da glicose 6-fosfato que permite sua regulação direta pelos níveis de glicose no sangue [1]. Recentemente, tem havido um interesse crescente no HK associado à mitocôndria (mtHK). O mtHK é capaz de promover a sobrevivência celular por meio de uma via mediada por AKT. Este foi um dos primeiros mecanismos sugeridos para acoplar o metabolismo ao destino celular [2] devido à sua capacidade de participar da dinâmica mitocondrial durante a apoptose e principalmente devido ao seu envolvimento na formação do poro de transição da permeabilidade mitocondrial.

Posteriormente, a glicose 6-fosfato é convertida em frutose 6-fosfato pela glicose 6-fosfato isomerase. Essa isomerização é fundamental para a etapa subsequente em que C-1 é novamente fosforilado, resultando na formação da frutose 1,6-bifosfato. A aldolase é então capaz de dividir a frutose 1,6-bifosfato em duas moléculas de três carbonos: fosfato de diidroxiacetona (DHAP) e gliceraldeído 3-fosfato (GAP). Esta etapa representa a fase real & # x0201clysis & # x0201d.

Até agora, a via glicolítica consumia ATP em vez de produzi-lo. Isso deve ser interpretado como um investimento aumentando o conteúdo de energia livre dos intermediários, e o rendimento real do processo começa aqui, com o início da segunda fase.

DHAP é isomerizado pela triosefosfato isomerase para formar uma segunda molécula de GAP. A cadeia de carbono de toda a glicose é então convertida em duas moléculas de GAP. Cada uma dessas moléculas é oxidada e fosforilada por fosfato inorgânico para formar 1,3-bisfosfoglicerato. Durante este processo, gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase (GAPDH) usa nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD +) como cofator e libera NADH para cada molécula de GAP. O NADH resultante alimentará diretamente a cadeia respiratória para impulsionar a síntese de ATP mitocondrial. Vale ressaltar que GAPDH também é capaz de regular vários processos que não fazem parte da via glicolítica. Estes incluem a regulação da apoptose, fusão de membrana, agrupamento de microtúbulos, exportação de RNA, replicação de DNA e reparo [3].

Alguma energia é liberada por meio da conversão do 1,3-bisfosfoglicerato em duas moléculas de piruvato pelas etapas sequenciais realizadas pela fosfoglicerato quinase (PGK), fosfoglicerato mutase, enolase e piruvato quinase. As conversões de 1,3-bisfosfoglicerato em 3-fosfoglicerato (por PGK) e fosfoenolpiruvato em piruvato (por piruvato quinase) são as etapas que promovem a síntese de ATP a partir de ADP na glicólise. A última etapa também é um regulador fundamental de todo o processo. A piruvato quinase (PK) sofre regulação alostérica pela frutose 1,6-bifosfato que promove a atividade da PK e aumenta a taxa de glicólise [4]. A regulação alostérica e a expressão tecidual caracterizam várias isoformas da enzima PK, ou seja, a isoforma M2, geralmente expressa durante a embriogênese, foi encontrada como um promotor especial da tumorigênese. Esta isoforma é caracterizada por uma alta afinidade ao fosfoenolpiruvato, e tem sido associada a favorecer a conversão do piruvato em lactato ao invés de sua entrada no ciclo do TCA [5, 6].

Assim, a segunda fase da glicólise fornece quatro moléculas de ATP e duas de NADH por molécula de glicose, pagando o investimento da fase preparatória. O saldo final desse processo é então: duas moléculas de ATP, duas de NADH (que poderiam se alimentar diretamente na cadeia respiratória) e duas de piruvato. Este último entra no ciclo do TCA e sofre oxidação completa em condições aeróbias.

Durante condições anaeróbias (como o que ocorre nos músculos durante uma explosão de atividade extrema, quando o oxigênio não é obtido rápido o suficiente do sangue), as baixas quantidades de oxigênio não permitem a oxidação completa e eficiente do piruvato. Durante essas condições, o NADH (produzido em grandes quantidades a partir do ciclo do ácido cítrico, consulte a próxima seção) não pode ser reoxidado em NAD, limitando assim a atividade de GAPDH e o consumo de glicose. O piruvato é então reduzido a lactato com o consumo de um NADH em um processo denominado fermentação láctica catalisada pela lactato desidrogenase. Dessa forma, as duas moléculas de NADH produzidas na glicólise são consumidas na fermentação láctica para restaurar o reservatório de NAD, e o saldo final de uma degradação de glicose são duas moléculas de ATP. Esta condição ocorre também em condições aeróbicas em eritrócitos (que não têm mitocôndrias) ou em muitas células cancerosas, como foi originalmente observado pelo médico Otto Warburg em 1930, e que levou à amplamente aceita teoria do efeito Warburg [7].

Ciclo do ácido cítrico

O TCA, também conhecido como ciclo do ácido cítrico, foi elucidado por Sir Hans Krebs em 1940 quando ele concluiu, & # x0201c a oxidação de um equivalente da triose envolve um ciclo completo do ácido cítrico & # x0201d [8]. A & # x0201ctriose & # x0201d derivada da glicólise é completamente oxidada em três moléculas de CO2 durante uma sequência de reações que permitem a redução dos cofatores NAD e do nucleotídeo flavina adenina (FAD), fornecendo energia para a cadeia respiratória na forma de elétrons. Em 1949, foi demonstrado por Kennedy e Lehningher que todo o ciclo ocorre dentro das mitocôndrias [9] (Fig. & # X200B (Fig.1 1).

O material de partida para o ciclo do ácido cítrico é fornecido diretamente pelo piruvato proveniente da glicólise por meio da atividade do complexo piruvato desidrogenase. Este complexo enzimático, composto por várias cópias das três enzimas piruvato desidrogenase (E1), dihidrolipoil transacetilase (E2) e dihidrolipoil desidrogenase (E3), oxida o piruvato em acetil-CoA e CO2 em uma reação irreversível em que o grupo carboxila é removido do piruvato como uma molécula de CO2. Essa reação está estritamente relacionada ao ciclo, mesmo que não esteja nele incluída. O grupo acetil introduz dois carbonos em cada volta do ciclo, esses carbonos então deixarão o ciclo como CO2.

A primeira reação do ciclo do ácido cítrico é a condensação de um acetil-CoA e uma molécula de citrato para gerar oxaloacetato e é catalisada pela citrato sintase. O citrato é então transformado em isocitrato pela aconitase através da formação de cis-aconitato. Esta etapa é reversível e pode levar à formação de citrato e isocitrato. Somente o rápido consumo de isocitrato por sua desidrogenase pode forçar a reação na direção adequada. A isocitrato desidrogenase catalisa a primeira oxidação irreversível levando à descarboxilação do isocitrato, gerando CO2 e & # x003b1-cetoglutarato. O segundo carbono deixa o ciclo na etapa seguinte, quando o recém-gerado & # x003b1-cetoglutarato é imediatamente descarboxilado pelo complexo & # x003b1-cetoglutarato desidrogenase em uma reação semelhante à descarboxilação do piruvato. Na verdade, esses dois complexos compartilham grandes semelhanças na composição de aminoácidos da enzima e na organização das diferentes subunidades. A energia liberada por ambas as oxidações é usada para gerar NADH a partir do NAD, que alimenta diretamente a cadeia respiratória.

A etapa seguinte é catalisada pela succinil & # x02013Coa sintetase e utiliza a energia derivada da remoção de CoA para fosforilar GDP (ou ADP) em GTP (ou ATP). A seletividade para o nucleotídeo é determinada pela isozima envolvida. Foi bem estabelecido que pelo menos duas isozimas de succinil & # x02013CoA sintetase são expressas em tecidos animais [10], e a proporção entre elas parece ser específica do tecido.

O succinato gerado na etapa anterior é o composto de quatro carbonos que é então convertido, por três reações sequenciais, em oxaloacetato para concluir o ciclo. A primeira dessas etapas é a oxidação do succinato a fumarato pela succinato desidrogenase. Esta enzima, fortemente ligada à membrana mitocondrial interna (IMM), catalisa a redução de FAD a FADH2 que fornece elétrons para a cadeia respiratória. O fumarato é então hidratado pela fumarato hidratase em l-malato. É particularmente interessante que tanto a succinato desidrogenase quanto a fumarato hidratase sejam genes oncossupressores. Foi demonstrado que a inativação desses oncossupressores leva ao acúmulo de succinato e fumarato que se espalham no citosol e promovem o acúmulo de fator 1 & # x003b1 induzível por hipóxia (HIF1 & # x003b1) pela inativação das enzimas prolil hidroxilase (promotor de degradação de HIF1 & # x003b1) HIF1 & # x003b1, por sua vez, promove uma condição pseudo-hipóxica que favorece o desenvolvimento do tumor [11]. O último evento que completa o ciclo do ácido cítrico é a oxidação do l-malato em oxaloacetato. Essa reação é realizada pela l-malato desidrogenase que induz a redução de outra molécula de NAD a NADH. A molécula de oxaloacetato resultante é adequada para iniciar outro ciclo de condensação com um grupo acetila.

Durante todos esses processos, apenas uma molécula de ATP (ou GTP) é produzida, mas três moléculas de NADH e uma de FADH2 (mais uma molécula de NADH da piruvato desidrogenase), que fornecem elétrons para a cadeia respiratória, também são geradas e subsequentemente resultam na produção de grandes quantidades de ATP (discutido posteriormente).

Cadeia respiratória e fosforilação oxidativa

A cadeia respiratória compreende uma série de componentes (complexos) que conduzem a transferência de elétrons através da membrana e envolvidos na fosforilação oxidativa (OXPHOS), um processo que ocorre em condições aeróbias. Nas células eucarióticas, o transporte de elétrons ocorre nas mitocôndrias e cloroplastos, enquanto nas bactérias é realizado através da membrana plasmática. Conforme mencionado, a transferência de elétrons é considerada uma parte OXPHOS, processo pelo qual o ADP é fosforilado em ATP por meio da energia derivada da oxidação de nutrientes.

Quatro complexos de proteínas e ATP sintase, todos ligados ao IMM, bem como duas naves são os atores conhecidos de um dos mecanismos mais complicados resolvidos em bioquímica (Fig. & # X000a0 1). O primeiro desses complexos é o NADH / ubiquinona oxidoredutase (complexo I) que remove elétrons do NADH (produzido no ciclo do ácido cítrico) e os passa para a primeira lançadeira, a ubiquinona, um cofator lipossolúvel localizado dentro da bicamada fosfolipídica do IMM . A succinato desidrogenase (ou complexo II) é outro local de entrada dos elétrons na cadeia respiratória. Nesse caso, os elétrons derivados da oxidação do succinato são passados ​​através do FAD para a ubiquinona. Uma vez que a ubiquinona é reduzida a ubiquinol, ela é capaz de passar elétrons para o terceiro complexo, ubiquinona / citocromo c oxidoredutase. Aqui, os elétrons são movidos através de vários grupos heme da lançadeira lipossolúvel ubiquinona para a lançadeira solúvel em água citocromo c. O citocromo c é uma pequena proteína (cerca de 12,5 & # x000a0kDa), localizada no espaço intermembranar (IMS), que pode acomodar um elétron em seu grupo heme. Apesar de sua solubilidade em água, o citocromo c geralmente se liga à superfície externa do IMM devido à interação com a cardiolipina [12]. Essa interação (crucial na determinação do destino da célula) ajuda a lançadeira a alcançar seu aceptor de elétrons, o complexo IV. A citocromo c oxidase é o último complexo do transporte de elétrons. Os elétrons do citocromo c são acumulados em centros de cobre e passados ​​para o oxigênio por meio de grupos heme. O oxigênio é então reduzido a água. Isso constitui a maior parte do consumo de oxigênio em toda a vida aeróbia.

O transporte de elétrons pelos complexos I, III e IV induz o bombeamento de prótons da matriz para o IMS. Especificamente, para cada dois elétrons provenientes de uma molécula de NADH, quatro H + são movidos pelo complexo I, quatro pelo complexo III e dois pelo complexo IV. O segundo complexo respiratório não gera nenhum movimento de prótons [13]. A cadeia respiratória em mitocôndrias ativas gera uma grande diferença em [H +] através do IMM, resultando na geração de um potencial elétrico (cerca de & # x02212180 a & # x02212200 & # x000a0mV) e variação no pH de cerca de 0,75. Uma força motriz de prótons constante conduz a síntese de ATP através da última etapa de OXPHOS, a ATP sintase. A compreensão da atividade e organização desta enzima rendeu aos pesquisadores mais de um Prêmio Nobel. Primeiro, Peter Mitchell em 1978 recebeu seu prêmio pela formulação da teoria quimiosmótica. Inicialmente, ele levantou a hipótese de como uma atividade enzimática poderia envolver, ao mesmo tempo, o transporte de íons (transporte de prótons pelo IMM) e uma reação química (fosforilação de ATP). Quase duas décadas depois, em 1997, o Prêmio Nobel foi concedido a Paul Boyer e John Walker que elucidaram o mecanismo de ação da ATP sintase, aqui brevemente revisado. A ATP sintase pode ser dividida em dois componentes principais: F0 que permite a canalização de prótons e F1 que catalisa a fosforilação de ATP. O F0 está embutido no IMM, enquanto o F1 reside na matriz mitocondrial e está ligada ao F0 por meio de uma subunidade & # x003b3 (que conduz mudanças conformacionais) e um dímero b2 & # x003b4 (que contém F0 e F1 juntos). Os prótons fluem do espaço intermembranar para a matriz através do F0 induzindo sua rotação, o movimento é transmitido da subunidade & # x003b3 para o F1 causando rearranjos conformacionais. O F1 tem uma estrutura trimérica que consiste em dímeros & # x003b1 & # x003b2. Esta estrutura permite três estados conformacionais diferentes que são capazes de ligar ADP + Pi, ATP, ou permanecer não ligados. As mudanças sequenciais estão ligadas à ligação de substratos, fosforilação e liberação de ATP. Os três dímeros disponíveis nunca estão no mesmo estado conformacional e, o que é mais importante, as mudanças conformacionais em um dímero são rearranjos no outro (para uma explicação mais detalhada, consulte [14]). Foi calculado que, para a síntese de uma molécula de ATP, são necessários quatro prótons (três para os rearranjos da ATP sintase e um para o transporte de ATP, ADP e Pi [15]). Uma vez sintetizado, o ATP pode se localizar dentro da matriz mitocondrial ou ser transportado para o IMS pelo trocador de nucleotídeos adenina nucleotídeo translocase (ANT) que troca passivamente ATP com ADP. Uma vez no IMS, o ATP pode passar livremente o OMM através do canal de ânions dependente de voltagem (VDAC).


Por que a glicose é uma boa fonte de energia?

Tentei pesquisar sem sucesso, mas o que há na estrutura da glicose que a torna ideal para respiração, etc.?

Obrigado

Não é o que você está procurando? Experimente & hellip

Ele está prontamente disponível como fonte de energia em muitos alimentos, seja em sua forma direta ou como um derivado da maioria dos aminoácidos (se a memória não me falha, apenas a leucina e a lisina não são gliconeogênicas)

É uma molécula polar, por isso é solúvel em água e pode ser carregada no sangue de uma forma não ligada. O corolário disso é que não é lipossolúvel, portanto, não pode passar pelas membranas celulares por difusão passiva, pois requer proteínas transportadoras para que seus níveis possam ser facilmente controlados de acordo com as necessidades do tecido.

Pode ser facilmente polimerizado e armazenado como glicogênio para uso como fonte de energia rápida

Seu metabolismo pode variar dependendo da disponibilidade do substrato. Na ausência de oxigênio, pode ser usado na respiração anaeróbica para produzir uma pequena quantidade de ATP e lactato. O lactato pode, então, ser convertido novamente em piruvato. Na presença de oxigênio, ele entra no ciclo do TCA e produz quantidades muito maiores de ATP (respiração aeróbica). Acetil-CoA (um dos produtos do metabolismo da glicose em parte ao longo do caminho) pode ser convertido em gordura para armazenamento de energia de longo prazo

Há uma partida para dez. Tenho certeza que outras pessoas virão com mais alguns

(Postagem original de spoinkytheduck)
Tentei pesquisar sem sucesso, mas o que há na estrutura da glicose que a torna ideal para respiração, etc.?

Obrigado

A glicose é a principal fonte de energia do corpo humano, por meio da respiração aeróbica, fornecendo aproximadamente 3,75 kCal (16 kJ) de energia alimentar por grama. A quebra de carboidratos (por exemplo, amido) produz mono- e dissacarídeos, a maioria dos quais é glicose. Por meio da glicólise e posteriormente nas reações do ciclo de Krebs, a glicose é oxidada para, eventualmente, formar CO2 e H2O na cadeia de transporte de elétrons, gerando fontes de energia, principalmente na forma de ATP.

Gorduras e proteínas não são boas fontes de imediato liberação de energia, porque eles devem passar por complicados processos digestivos e metabólicos antes de fornecer energia ao corpo ativo.

A frutose não é muito boa, ela entra na corrente sanguínea muito mais lentamente do que a glicose, e em qualquer lugar de 40% a 80% das pessoas são incapazes de absorver totalmente a frutose quando fornecida em uma solução, algumas pessoas podem absorver apenas menos de 15 g de frutose em um determinado Tempo.

Um fato interessante: a absorção de glicose é tão eficiente que o corpo pode ser capaz de absorver 20 libras de glicose em um período de 24 horas.


ATP em sistemas vivos

Uma célula viva não pode armazenar quantidades significativas de energia livre. O excesso de energia livre resultaria em um aumento de calor na célula, o que desnaturaria enzimas e outras proteínas e, assim, destruiria a célula. Em vez disso, uma célula deve ser capaz de armazenar energia com segurança e liberá-la para uso apenas quando necessário. As células vivas conseguem isso usando ATP, que pode ser usado para preencher qualquer necessidade de energia da célula. Como? Ele funciona como uma bateria recarregável.

Quando o ATP é quebrado, geralmente pela remoção de seu grupo fosfato terminal, a energia é liberada. Essa energia é usada para fazer trabalho pela célula, geralmente pela ligação do fosfato liberado a outra molécula, ativando-a. Por exemplo, no trabalho mecânico de contração muscular, o ATP fornece energia para mover as proteínas musculares contráteis.


Glicolise

Mesmo as reações exergônicas de liberação de energia requerem uma pequena quantidade de energia de ativação para prosseguir. No entanto, considere as reações endergônicas, que exigem muito mais entrada de energia porque seus produtos têm mais energia livre do que seus reagentes. Dentro da célula, de onde vem a energia para alimentar essas reações? A resposta está em uma molécula fornecedora de energia chamada trifosfato de adenosina, ou ATP. O ATP é uma molécula pequena e relativamente simples, mas dentro de suas ligações contém o potencial para uma explosão rápida de energia que pode ser aproveitada para realizar o trabalho celular. Essa molécula pode ser considerada a principal moeda de energia das células, da mesma forma que o dinheiro é a moeda que as pessoas trocam por coisas de que precisam. O ATP é usado para alimentar a maioria das reações celulares que requerem energia.

ATP em sistemas vivos

Uma célula viva não pode armazenar quantidades significativas de energia livre. O excesso de energia livre resultaria em um aumento de calor na célula, o que desnaturaria enzimas e outras proteínas e, assim, destruiria a célula. Em vez disso, uma célula deve ser capaz de armazenar energia com segurança e liberá-la para uso apenas quando necessário. As células vivas conseguem isso usando ATP, que pode ser usado para preencher qualquer necessidade de energia da célula. Como? Ele funciona como uma bateria recarregável.

Quando o ATP é quebrado, geralmente pela remoção de seu grupo fosfato terminal, a energia é liberada. Essa energia é usada para fazer trabalho pela célula, geralmente pela ligação do fosfato liberado a outra molécula, ativando-a. Por exemplo, no trabalho mecânico de contração muscular, o ATP fornece energia para mover as proteínas musculares contráteis.

Estrutura e função de ATP

No coração do ATP está uma molécula de monofosfato de adenosina (AMP), que é composta por uma molécula de adenina ligada a uma molécula de ribose e a um único grupo fosfato ([link]). A ribose é um açúcar de cinco carbonos encontrado no RNA e o AMP é um dos nucleotídeos do RNA. A adição de um segundo grupo fosfato a esta molécula central resulta em adenosina difosfato (ADP) a adição de um terceiro grupo fosfato forma adenosina trifosfato (ATP).

A adição de um grupo fosfato a uma molécula requer uma grande quantidade de energia e resulta em uma ligação de alta energia. Os grupos fosfato são carregados negativamente e, portanto, se repelem quando estão dispostos em série, como no ADP e no ATP. Essa repulsão torna as moléculas de ADP e ATP inerentemente instáveis. A liberação de um ou dois grupos fosfato do ATP, um processo denominado hidrólise, libera energia.

Glicolise

Você leu que quase toda a energia usada pelos seres vivos chega até eles nas ligações do açúcar, a glicose. Glicolise é o primeiro passo na quebra da glicose para extrair energia para o metabolismo celular. Muitos organismos vivos realizam a glicólise como parte de seu metabolismo. A glicólise ocorre no citoplasma da maioria das células procarióticas e de todas as células eucarióticas.

A glicólise começa com a estrutura em forma de anel de seis carbonos de uma única molécula de glicose e termina com duas moléculas de um açúcar de três carbonos chamado piruvato. A glicólise consiste em duas fases distintas. Na primeira parte da via da glicólise, a energia é usada para fazer ajustes de forma que a molécula de açúcar de seis carbonos possa ser dividida igualmente em duas moléculas de piruvato de três carbonos. Na segunda parte da glicólise, são produzidos ATP e dinucleotídeo nicotinamida-adenina (NADH) ([link]).

Se a célula não pode catabolizar ainda mais as moléculas de piruvato, ela irá colher apenas duas moléculas de ATP de uma molécula de glicose. Por exemplo, glóbulos vermelhos maduros de mamíferos são apenas capazes de glicólise, que é sua única fonte de ATP. Se a glicólise for interrompida, essas células eventualmente morrerão.

Resumo da Seção

O ATP funciona como a moeda de energia para as células. Ele permite que as células armazenem energia brevemente e a transportem dentro de si para dar suporte às reações químicas endergônicas. A estrutura do ATP é a de um nucleotídeo de RNA com três grupos fosfato ligados. Como o ATP é usado para energia, um grupo fosfato é separado e o ADP é produzido. A energia derivada do catabolismo da glicose é usada para recarregar o ADP em ATP.

A glicólise é a primeira via usada na quebra da glicose para extrair energia. Por ser usado por quase todos os organismos da Terra, deve ter evoluído no início da história da vida. A glicólise consiste em duas partes: A primeira parte prepara o anel de seis carbonos da glicose para a separação em dois açúcares de três carbonos. A energia do ATP é investida na molécula durante esta etapa para energizar a separação. A segunda metade da glicólise extrai ATP e elétrons de alta energia dos átomos de hidrogênio e os anexa ao NAD +. Duas moléculas de ATP são investidas na primeira metade e quatro moléculas de ATP são formadas durante a segunda metade. Isso produz um ganho líquido de duas moléculas de ATP por molécula de glicose para a célula.

Múltipla escolha

A energia é armazenada a longo prazo nas ligações de _____ e usada a curto prazo para realizar o trabalho de uma (n) molécula de _____.


Deixe-me acrescentar à excelente resposta de iad22agp.

Muitas vezes, nas aulas introdutórias de bioquímica, a diferença entre fosfoanidrido e éster fosfato obrigações não é explicado de forma adequada.

ATP (e ADP) contêm fosfoanidrido títulos. Nessas ligações, dois grupos de ácido fosfórico são condensados ​​em um:

Em contraste, AMP e muitas outras biomoléculas contendo fosfato, como gliceraldeído-3-fosfato de glicose-6-fosfato, contêm éster fosfato ligações, onde um grupo fosfato é condensado com um álcool:

Assim como os ésteres "regulares" (isto é, carboxilato), como o acetato de etila, são mais estáveis ​​à hidrólise do que os anidridos carboxílicos (por exemplo, anidrido acético), os ésteres de fosfato são muito mais estáveis ​​e "de menor energia" do que as ligações fosfoanidrido. Eles não têm energia suficiente para alimentar muitas das principais reações da biossíntese. Isso explica por que o AMP não é uma boa fonte de energia.

(A propósito, os anidridos de fosfato-carboxilato mistos têm energia tão alta ou mais alta quanto as ligações de fosfoanidrido. Exemplos de bioquímica incluem fosfato de acetil ou fosfoenolpiruvato.)

Então ATP tem dois ligações fosfoanidrido. E como iad22agp mencionado, a natureza eletrofílica do átomo P central torna a ligação fosfoanidrida mais externa especialmente propensa à hidrólise. No entanto, o ADP ainda contém uma ligação fosfoanidrida de alta energia. Considere esta reação:

A constante de equilíbrio para essa reação é cerca de $ 2,82 $, o que significa que a direção "para a frente" para a direita é favorecida, mas não por um lote inteiro. Portanto, a energia "extra" da ligação fosfoanidrido de alta energia do ATP não é realmente muito maior do que a ligação fosfoanidrido comum do ADP.

Existem exemplos raros em que o ADP potencializa as principais reações metabólicas, mas o ATP não. Isso mostra que é uma fonte de energia quase tão boa quanto o ATP.

A razão pela qual o ATP é tão prevalente é provavelmente devido a razões evolutivas. Além disso, outro truque que as enzimas usam com o ATP é às vezes hidrolisar a ligação fosfoanidrida interna, levando ao AMP e ao pirofosfato. Como as enzimas da pirofosfatase degradam rapidamente o pirofosfato em dois grupos orto-fosfato livres, esse truque torna efetivamente irreversível o que teria sido uma reação reversível. Esse truque não funciona com o ADP porque ele tem apenas uma ligação fosfoanidrido.


Carboidratos como fonte de energia

Os carboidratos são a principal fonte de energia da dieta humana. O descarte metabólico dos carboidratos dietéticos é a oxidação direta em vários tecidos, a síntese de glicogênio (no fígado e nos músculos) e a lipogênese hepática de novo. Esta última via não é quantitativamente importante no homem porque, na maioria das condições, a taxa de lipogênese de novo não excede a taxa concomitante de oxidação lipídica em todo o corpo. Assim, os carboidratos da dieta não parecem aumentar o conteúdo de gordura de um indivíduo por meio da lipogênese de novo. A ingestão de carboidratos dietéticos tem principalmente o efeito de inibir a oxidação da gordura, enquanto a oxidação da glicose é aumentada. Os carboidratos dietéticos estão envolvidos no controle do balanço energético porque a regulação da ingestão alimentar depende, em parte, da necessidade de carboidratos do indivíduo. Como há uma necessidade obrigatória de glicose em vários órgãos, como o cérebro, ocorre um aumento espontâneo na ingestão de alimentos quando a dieta tem baixo teor de carboidratos e alto teor de gordura. Portanto, o atual conselho nutricional de aumentar a proporção de energia de carboidratos enquanto diminui a de gordura na dieta diária tem forte respaldo científico em termos de regulação do balanço energético.