Bioenergética: Conceitos e Processos

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Bioenergética

Ramo da bioquímica que estuda a transdução e utilização de energia nos organismos vivos.

Primeira Lei da Termodinâmica

Princípio da conservação de energia: a energia total do universo é constante, não pode ser criada nem destruída.

Segunda Lei da Termodinâmica

Princípio segundo o qual a entropia do universo tende a aumentar em processos espontâneos.

Energia Livre de Gibbs (G)

Quantidade de energia capaz de realizar trabalho útil durante uma reação a temperatura e pressão constantes.

Variação de Energia Livre (ΔG)

Diferença energética entre produtos e reagentes que indica a espontaneidade de uma reação termodinâmica.

Reação Exergônica

Reação química que libera energia livre (ΔG < 0), ocorrendo de maneira espontânea.

Reação Endergônica

Reação química que absorve energia livre (ΔG > 0), não ocorrendo espontaneamente.

Entalpia (H)

Conteúdo total de calor de um sistema químico, refletindo o número e tipo de ligações químicas.

Entropia (S)

Medida quantitativa da desordem, dispersão de energia ou aleatoriedade de um sistema físico-químico.

Equilíbrio Químico

Estado no qual as taxas das reações direta e inversa são iguais, com variação de energia livre nula (ΔG = 0).

Acoplamento Energético

Mecanismo no qual a energia liberada por uma reação exergônica é usada para impulsionar uma endergônica.

Trifosfato de Adenosina (ATP)

Principal molécula transportadora e moeda de troca de energia química nos sistemas biológicos.

Ligação Fosfoanidro

Ligação covalente entre grupos fosfato no ATP cuja hidrólise libera grande quantidade de energia livre.

Potencial de Transferência de Fosfato

Tendência quantitativa de um composto fosforilado doar seu grupo fosfato para a água ou outra molécula.

Fosforilação a Nível de Substrato

Síntese direta de ATP pela transferência de um grupo fosfato ativado de um substrato para o ADP.

Fosfocreatina

Composto de alta energia que atua como reservatório rápido de grupos fosfato para regenerar ATP no músculo.

Oxidação Biológica

Perda de elétrons por uma molécula, frequentemente acompanhada pela remoção de hidrogênio (desidrogenação).

Redução Biológica

Ganho de elétrons por uma molécula, frequentemente acompanhado pela incorporação de prótons.

Potencial de Redução Padrão (E'°)

Medida da afinidade de um par redox por elétrons sob condições bioquímicas padrão.

NAD+ / NADH

Coenzima dinucleotídeo de nicotinamida e adenina que atua como carreador solúvel de elétrons no catabolismo.

NADP+ / NADPH

Coenzima redox utilizada preferencialmente como agente redutor em vias biossintéticas anabólicas.

FAD / FADH2

Grupo prostético carreador de elétrons derivado da riboflavina, capaz de aceitar um ou dois elétrons.

Catabolismo

Fase degradativa do metabolismo que quebra moléculas complexas gerando energia e precursores simples.

Anabolismo

Fase biossintética do metabolismo que constrói macromoléculas complexas a partir de precursores simples com gasto de ATP.

Glicólise

Via citosólica que oxida uma molécula de glicose em dois piruvatos, produzindo ATP e NADH.

Ciclo do Ácido Cítrico

Via metabólica mitocondrial que oxida grupos acetil derivados de nutrientes a CO2, gerando NADH, FADH2 e GTP.

Cadeia de Transporte de Elétrons

Série de complexos proteicos na membrana interna mitocondrial que transferem elétrons gerando gradiente de prótons.

Complexo I (NADH Desidrogenase)

Enzima mitocondrial que transfere elétrons do NADH para a ubiquinona, bombeando prótons para o espaço intermembrana.

Complexo II (Succinato Desidrogenase)

Complexo que oxida succinato a fumarato e transfere elétrons para a ubiquinona sem bombear prótons.

Ubiquinona (Coenzima Q)

Carreador lipídico móvel que transfere elétrons dos complexos I e II para o complexo III na membrana interna.

Complexo III (Citocromo bc1)

Complexo proteico que transfere elétrons da ubiquinona para o citocromo c, bombeando prótons.

Citocromo c

Proteína periférica solúvel que transporta elétrons individualmente do complexo III para o complexo IV.

Complexo IV (Citocromo c Oxidase)

Enzima terminal da cadeia respiratória que transfere elétrons para o oxigênio, formando água e bombeando prótons.

Aceptor Final de Elétrons

Molécula oxidante terminal de uma cadeia respiratória; na respiração aeróbica celular é o oxigênio molecular.

Força Próton-Motriz (FPM)

Energia potencial armazenada na forma de gradiente eletroquímico de prótons através de uma membrana biológica.

Teoria Quimiosmótica

Proposta de Peter Mitchell segundo a qual o gradiente de prótons transmembrana direciona a síntese de ATP.

ATP Sintase (Complexo V)

Complexo enzimático rotativo que utiliza o fluxo favorável de prótons para sintetizar ATP a partir de ADP e Pi.

Desacopladores Mitocondriais

Substâncias que dissipam o gradiente de prótons permitindo a respiração sem a produção acoplada de ATP.

Termogenina (UCP-1)

Proteína desacopladora natural do tecido adiposo marrom que dissipa o gradiente de prótons em calor.

Fosforilação Oxidativa

Processo de síntese de ATP acoplado ao transporte de elétrons e à redução do oxigênio na mitocôndria.

Razão P/O

Número de moléculas de ATP sintetizadas por átomo de oxigênio reduzido na cadeia respiratória.

Fermentação Láctica

Via anaeróbica que reduz piruvato a lactato para regenerar NAD+ permitindo a continuidade da glicólise.

Fermentação Alcoólica

Via anaeróbica em leveduras que converte piruvato em etanol e dióxido de carbono com regeneração de NAD+.

Beta-Oxidação

Via mitocondrial de degradação sequencial de ácidos graxos que gera acetil-CoA, NADH e FADH2.

Carga Energética Celular

Índice do estado energético de uma célula baseado nas concentrações relativas de ATP, ADP e AMP.

AMPK (Proteína Quinase Ativada por AMP)

Sensor mestre de energia celular que estimula vias catabólicas e inibe anabolismo quando o ATP cai.

Fotofosforilação

Processo em organismos fotossintetizantes que utiliza energia luminosa para gerar ATP a partir de ADP e Pi.

Fotossistema II

Complexo pigmento-proteína que absorve luz e catalisa a fotólise da água, liberando elétrons, prótons e oxigênio.

Fotossistema I

Complexo que utiliza energia luminosa para transferir elétrons para a ferredoxina, reduzindo NADP+ a NADPH.

Ciclo de Calvin-Benson

Conjunto de reações no estroma dos cloroplastos que fixa CO2 em carboidratos consumindo ATP e NADPH.

RuBisCO

Enzima que catalisa a carboxilação da ribulose-1,5-bisfosfato na primeira etapa do ciclo de Calvin.

Potencial Eletroquímico de Membrana

Combinação da diferença de potencial elétrico e da diferença de concentração iônica através de uma bicamada lipídica.