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Metabolismo

Introdução

Metabolismo é o nome dado à um conjunto de reações bioquímicas que ocorrem no interior de uma célula. Essas reações visam sintetizar compostos orgânicos ou quebrar moléculas com a finalidade de produzir energia (ATP). O processo metabólico de síntese molecular é chamado de anabolismo e o de quebra de moléculas é chamado catabolismo. O catabolismo é uma reação espontânea que desempenha a função de produção de energia em forma de ATP, gerado pela quebra de moléculas. Já o anabolismo acontece na disposição de energia e reagentes. Ambos processos metabólicos ocorrem de maneira articulada, para que haja uma otimização da energia disponível[1].

Enquanto o catabolismo ocorre de forma espontânea, isto é, reação exergônica, produzindo ATP, o anabolismo é não espontâneo, ou seja, reação endergônica, precisando de energia para ela ocorrer. Carboidratos, lipídios e proteínas são as biomoléculas energéticas que são obtidas em grandes quantidades por meio da alimentação ou retiradas das reservas orgânicas quando são insuficientemente ingeridas na alimentação ou quando o consumo de energia aumenta fortemente, como na prática de exercícios físicos. Portanto, a absorção da energia presente nessas moléculas acontece na forma de ligações de alta energia do ATP, que é sintetizado nas mitocôndrias utilizando diretamente o oxigênio. Assim sendo, é indispensável a presença de mitocôndrias e de oxigênio na célula, para que o aproveitamento de energia seja completo das biomoléculas [1].

Histórico

Origens da palavra

A palavra metabolismo, do grego metaballein é resultado da soma etimológica de “meta”, que traz o sentido de mudança, com “ballein”, que apresenta o sentido de alcançar ou arremessar (balística).

Visão Geral da História do Metabolismo

Metabolismo é o termo utilizado para as reações químicas responsáveis por manter a vida nas células e, consequentemente, nos organismos. Podendo subdividir em dois grupos, catabolismo, que corresponde a quebra de moléculas para obtenção de energia; anabolismo, processo de síntese de moléculas. Partindo do primeiro conceito sobre metabolismo, apresentado por al-Nafis de Ibn (1213–1288) no século XIII [2], incentivado pelos estudos sobre anatomia, onde buscava-se entender o funcionamento dos órgãos, diversos pesquisadores puderam contribuir para que chegássemos ao estado em que a ciência encontra-se nos dias atuais. Com o advento da instrumentação e tecnologia, durante o século XVI, os estudos metabólicos apresentaram avanços significativos. A invenção do microscópio, associada a Hans Janssen e Zacharias Janssen no século XVII, e seus aperfeiçoamentos no séculos seguintes, permitiram que organismos, invisíveis a olho nú, passassem a ser observados e estudados. Santorio Sanctorius [3] foi responsável pelo experimento publicado em seu livro em 1614, que contribuiu para avanços significativos na área de estudos metabólicos. Suas experiências consistiam em pesar-se antes e depois de diversas atividades ao longo do dia, desta forma era possível observar que a diferença de alimento consumido e suas excretas possuía valor significativo, denominado por ele “perspiração insensível”.

Estudos Metabólicos no Século XIX

Para caracterização dos estudos metabólicos durante o século XIX, é de extrema relevância destacar dois experimentos que contribuíram para a evolução do conceito de metabolismo além dos processos que nele ocorrem. O primeiro estudo foi realizado por Louis Pasteur sobre a fermentação do açúcar ao álcool. Louis Pasteur, nasceu em Dole na França, no ano de 1822 e teve grandes contribuições para a ciência como a teoria de microbiana da fermentação que teve início em 1850. Com seus estudos, Pasteur percebeu por meio de seus experimentos que microrganismo, por exemplo, leveduras em um ambiente com a ausência de ar tem a capacidade de transformar açúcar em álcool. Esse processo ficou denominado como fermentação.

O segundo estudo foi realizado em 1828 com Friedrich Wöhler, que consistiu na descoberta da conversão de cianato de amônio em ureia e em decorrência disto gerar compostos orgânicos produzidos por meio de inorgânicos reagentes. Esta descoberta levou a um quebra da paradigma da Força vital que consistia em afirmar que apenas seres vivos eram capazes de produzir matéria orgânica. A consonância deste dois estudos formaram a base para os estudos futuros do metabolismo, ou seja, os compostos orgânicos que estão presente em diversas reações.

Estudos Metabólicos no Século XX

Os estudos realizados no século XX podem ser caracterizados em duas vertentes. A primeira, corresponde a descoberta das enzimas por Eduard Buchner, por meio do experimento no qual uma solução que não possuía células de leveduras o açúcar seria fermentado, com isso houve pode-se inferir que a fermentação se deve em função das enzimas. E partir disso, os princípios da bioquímica começaram ser explorados e a separação em diferentes áreas de estudos para a biologia como um todo.

O segundo resultado notório foi a descoberta do ciclo do ácido cítrico e do ciclo da ureia por Hans Krebs, que corresponde a uma das fases da respiração celular. O ciclo é formado por um conjunto de reações catabólicas e anabólicas que a partir da oxidação acetil coenzima obtemos duas moléculas de CO2 além da degradação de biomoléculas como: carboidratos, ácidos graxos e aminoácidos. Esses dois estudos foram essenciais para o rumo dos estudos sobre o metabolismo. O ciclo do ácido cítrico é o principal responsável pela oxidação dos carbonos que ocorre na maioria das células

Estudos Metabólicos no Século XXI

Os estudos atuais sobre o metabolismo conta com diversas técnicas avançadas que auxiliam na análise mais detalhada dos processos complexos que nele ocorrem. Os instrumentos utilizados nessas análises são: cromatografia, difração em raio x entre outros. Com relação a primeira técnica,[4] apresenta um estudo que consiste na utilização de cromatografia líquida de alta eficiência que tem como principal objetivo estudar o metabolismo in vitro e a partir disso, gerar análise quantitativa e qualitativa sobre os possíveis metabólitos e explicitar métodos eficientes para o estudo do metabolismo in vitro.

Linha do Tempo

Linha do Tempo

Tipos de Metabolismo

O metabolismo de síntese das biomoléculas pode ser dividido basicamente em anabólico (anabolismo) e o de degradação catabólico (catabolismo), onde suas reações são opostas, mas ocorrem de maneira articulada, o que permite maximizar a energia disponível [1].

Catabolismo

O catabolismo ou também conhecido por metabolismo oxidativo, ocorre em situações no qual o organismo necessita de energia para desempenhar suas funções, como por exemplo, entre refeições e no jejum. São processos de transformação de moléculas orgânicas complexas, que através de sua degradação geram moléculas químicas mais simples através da liberação de energia sob a forma de adenosina trifosfato (ATP). O catabolismo ocorre de maneira espontânea, reação exergônica, com produção de ATP, onde as vias catabólicas são processos exergônicos e oxidativos[1]. As principais reações catabólicas são a fermentação e a respiração, no entanto, abordaremos também as particularidades da força próton motiva e a diversidade catabólica.

Fermentação e Respiração

Segundo Madigan[5], a fermentação e respiração, são dois processos, nos quais, os quimiorganotróficos podem conservar energia através de compostos orgânicos oxidados, ou seja, a partir da síntese de ATP temos a liberação de energia com base em reações de oxirredução. Na fermentação as reações de oxirredução ocorrem na ausência de aceptores exógenos, em contrapartida, no processo de respiração, tem-se que tanto o oxigênio como outro aceptor exógeno, atuam como aceptores terminais de elétrons.

Bem como as reações de oxirredução, a síntese de ATP também ocorrerá de modo diferente em ambos os processos. Na fermentação, a síntese de ATP acontece diretamente a partir de um intermediário rico em energia, ou seja, a síntese irá ocorrer a partir da fosforilação em nível de substrato. De antemão, a síntese de ATP na respiração irá ocorrer a partir da fosforilação oxidativa, no qual o ATP será produzido por conta da força próton motiva. Além dessas sintetizações de ATP, ainda temos a que ocorre em organismos fototróficos, também conhecida por fotofosforilação[5].

Força Próton Motiva

Como a síntese de ATP na respiração ocorre a partir da fosforilação oxidativa, esse processo está intimamente ligado ao estado energizado da membrana citoplasmática, que ocorrerá através do transporte de elétrons envolvendo carreadores. Este processo é denominado energização de força próton motiva.

Para se entender esse transporte de elétrons, é necessário que haja um conhecimento aprofundado acerca da orientação dos carreadores do sistema de elétrons na membrana citoplasmática. No início do processo, dois elétrons e dois prótons que são originários do NADH e da dissociação da água em (H+) e (OH-) no citoplasma[5].

Segundo Madigan[5], os elétrons e os prótons, ingressam na cadeia de transportes originando o processo. Ao longo do transporte muitos prótons são liberados no meio resultando em uma acidificação da superfície externa da membrana. Em contrapartida, a face interna da membrana apresentará um acúmulo de (OH-) tornando-a mais alcalina. Isto ocorre pois os carreadores ao realizarem o transporte dos elétrons e dos prótons fazem com que os mesmos se organizem de acordo com seus respectivos potenciais redutores positivos crescentes.

Desse modo denominamos força próton motiva como o transporte dos elétrons que através da membrana criam um gradiente de pH e de um potencial eletroquímico. Isso faz com que a membrana seja energizada de modo semelhante ao que ocorre nas bactérias[5].

Força próton motiva gerada durante a respiração aeróbia.[6]

Diversidade Catabólica

Segundo Madigan [5] a diversidade catabólica inclui processos de reações desempenhadas por organismos quimiorganotróficos, os quais irão realizar a síntese na presença de oxigênio gerando como produtos finais das reações água e gás carbônico (Metabolismo Aeróbico). E inclui também outros processos de reações da síntese de ATP no qual ocorrem na ausência de oxigênio (Metabolismo Anaeróbico), tais como respiração anaeróbia, quimiolitotrofia, e a fototrofia.

Opções de metabolismo para conservação de energia.[6].

Metabolismo Aeróbico e Quimiorganotróficos

O metabolismo aeróbico refere-se às reações catabólicas geradoras de energia nas quais o oxigênio funciona como um aceitador final de elétrons na cadeia respiratória e se combina com o hidrogênio para formar água. A presença de oxigênio determina em grande parte a capacidade para a produção de ATP [1]. Este metabolismo está intimamente ligado à realização de exercícios e atividades que demandam longa duração. Para tal, utiliza oxigênio no processo de síntese de ATP, convertendo carboidratos, gorduras e proteínas em energia.

Quando comparado ao metabolismo anaeróbico temos que este processo é mais lento, devido ao fato de depender do sistema circulatório realizar o transporte de oxigênio para os músculos. Desse modo, podemos inferir que este tipo de metabolismo está ligado a realização de atividades físicas que demandam longos períodos de tempo, também conhecido por exercícios de resistência [7].

Os organismos que necessitam do oxigênio para o processo de produção de energia são os chamados quimiorganotróficos, também conhecidos por quimioheterotróficos. Estes organismos utilizam substâncias orgânicas complexas (como acetato, glicose, etc.) que ao serem clivadas, formam substratos para que ocorra o ciclo do oxalacetato. Em seguida, elétrons provenientes da clivagem, entram na cadeia transportadora e passam a ser captados por moléculas de oxigênio.

Quimiorganotrofia.[6].

Metabolismo Anaeróbico

O metabolismo anaeróbico é responsável pelas reações que ocorrem na ausência de oxigênio. Neste processo não há formação de água a partir do oxigênio durante a oxidação de combustíveis metabólicos[1]. Desse modo, podemos dizer que este tipo de metabolismo está ligado a realização de exercícios intensos de curta duração, tais como práticas de exercícios em academia ou corridas de tiros curtos. O processo anaeróbio, pode ser caracterizado por dois mecanismos: Mecanismo da Fosfocreatina (Alático) e Mecanismo da Glicogenólise (Lático).

O mecanismo da fosfocreatina utiliza o sistema conhecido por creatina-fosfato. Neste sistema não é necessária a utilização de oxigênio para gerar ATP, sendo esse processo cerca de duas vezes e meia mais rápido que pela via aeróbia [7]. Nos primeiros instantes de exercício intenso, entre 2 e 3 segundos, esse mecanismo utiliza qualquer reserva energética de ATP que esteja armazenada nos músculos. Nos próximos 5 segundos iniciais de exercício, a energia passa a ser captada a partir do uso da creatina fosfato (CP) para que assim, ocorra a ressintetização do ATP. Esta etapa ocorre até o momento em que a CP se esgota, a partir disso, o corpo começa a buscar outras formas de energia por meio do metabolismo aeróbico ou anaeróbico.

Por sua vez o mecanismo da glicogenólise remete a degradação dos estoques de glicogênio, o qual o produto desta reação será a glicose-1-fosfato. Em seguida, o grupo fosfato é enviado para o C-6 (carbono 6) da glicose-1-fosfato, que dará origem a glicose-1,6-fosfato, que se trata de uma estrutura intermediária. A partir deste, o fosfato C-1 (carbono 1) passa a ser transferido para as enzimas regenerando-as e liberando glicose-6-fosfato [8].

De modo geral, na ocorrência da utilização do metabolismo anaeróbico, devido a ausência de oxigênio, os músculos passam a sofrer uma fadiga e a acumular ácido lático, fazendo com que o corpo passe a sentir cãibras.

Comparação entre metabolismo anaeróbio e aeróbio.[7].

Qumiolitotróficos e Fototróficos

Organismos quimiolitotróficos são aqueles que utilizam compostos inorgânicos, tais como sulfeto de hidrogênio (H2S), hidrogênio gasoso (H2), ferro ferroso (Fe2+), entre outras substâncias orgânicas, como doadores de elétrons para a síntese de ATP [5].

O metabolismo quimiolitotrófico normalmente é aeróbio. Seu funcionamento é muito similar ao de organismos quimiorganotróficos. O inicio do processo ocorre com a oxidação das moléculas inorgânicas. Em seguida os quimiolitotróficos bem como os quimiorganotróficos irão apresentar uma cadeia de transporte de elétrons que também irão desencadear o processo da força próton motiva. Até o momento ocorrem muitas similaridades entre tais metabolismos desses organismos, entretanto, uma condição de distinção entre os mesmos é de que a fonte de carbono para a ocorrência da síntese, nos organismos quimiorganotróficos é provinda das substâncias orgânicas, enquanto que nos quimiolitotróficos é provinda do dióxido de carbono (CO2), sendo estes considerados autotróficos [5].

Quimiolitotrofia.[6].

Outra forma de metabolismo, segundo Madigan[5] é a fototrofia. Organismos fototróficos, diferente dos organismos quimiorganotróficos e quimiolitotróficos, apresentam pigmentos que são capazes de utilizar a energia provinda da luz para realização da síntese de ATP, este processo também é conhecido por fosforilação. Desse modo, temos duas principais formas de fototrofia presentes nos procariontes. Uma é a fotossíntese oxigênica, no qual há a produção de oxigênio (O2), e a outra é a fotossíntese anoxigênica, no qual não há a produção de oxigênio.

Fototrofia.[6].

A diferença entre a quimiorganotrofia, quimiolitotrofia e a fototrofia nos permite inferir que a última apresenta uma vantagem significativa sobre as demais, visto que não há competição pela fonte de energia com outros organismos que apresentam outros tipos de metabolismo.

Anabolismo

O anabolismo é um processo endergônico que para ser realizado exige um consumo de energia (ATP) e não ocorre de maneira espontânea. Considerado como um processo construtivo ele se resume às reações biossintéticas nas quais moléculas complexas são sintetizadas a partir de moléculas precursoras de tamanho reduzido.

Podendo também ser chamado de metabolismo construtivo, ele representa o conjunto das reações de síntese necessárias para o crescimento de novas células e a manutenção de todos os tecidos[1]. A seguir temos uma visão geral da biossíntese de algumas classes do anabolismo e a identificação de algumas características de monômeros de proteínas e ácidos nucleicos.

Alguns exemplos de classes do anabolismo são: a biossíntese de polissacarídeos, de ácidos graxos e lipídeos, biossíntese de proteínas e ácidos nucleicos, e ainda, a glicogênese e a fotossíntese.síntese de biomoléculas

Metabolismo de pentoses e a via das pentoses-fosfato

Pentoses são formadas pela remoção de um átomo de carbono. Geralmente ocorrem na forma de (CO2), de uma hexose. As que são necessárias para a síntese de ácidos nucleicos são a desoxirribose para o DNA e a ribose para o RNA. Elas são constituídas de açúcares de hexoses e a principal via para o processo de oxidação da glicose responsável pela produção de intermediários biossintéticos é a das pentoses-fosfato.

De acordo com Madigan[6], esta via tem grande importância para o metabolismo das pentoses e também é responsável pela produção de muitos açúcares não pentoses que são importantes para a célula. Estes açúcares podem eventualmente ser convertidos em hexoses para fins catabólicos ou para biossíntese. A via das pentoses-fosfato gera NADPH, uma coenzima utilizada em biossínteses redutoras, e é o principal meio utilizado para a síntese direta da mesma.

Via das pentoses-fosfato.[6].

Compostos de alta energia

Nas reações redox (reações de oxidação-redução em que ocorre transferência de elétrons), toda energia liberada deve ser conservada pela célula para atividades celulares que demandam energia. A energia química liberada é conservada principalmente em compostos fosforilados. A partir da hidrólise do fosfato dos compostos de alta energia, a energia livre liberada será maior do a energia da ligação covalente da célula, onde essa energia liberada é utilizada nas atividades celulares. Portanto, esses compostos se tornam “moedas” de energia livre, em que as reações que produzem essa esse tipo de energia “pagam” pelos processos dos sistemas biológicos que a consomem.[5]

Entre as fonte de energia livre que a célula pode utilizar estão os compostos fosforilados, compostos com ligações tioéster e coenzimas reduzidas que podem ser utilizadas na síntese de ATP.

Trifosfato de adenosina (ATP)

Trifosfato de adenosina (ATP) é um composto rico em energia e considerado o mais importante composto de fosfato. Sua formação é dada pelo ribonucleosídeo de adenosina, ligado a três moléculas de fosfato; ocorre nas reações exergônicas (reação que libera energia) ou nas reações endergônicas (reações consumidoras de energia).[5] Sua importância é derivada da grande quantidade livre de energia, liberada pela quebra das ligações fosfoanidrido; essa quebra é derivada da transferência do grupo fosfato para outro composto, fornecendo assim energia para as funções das celulares .

Coenzima A

Dá-se o nome de coenzima A uma enzima que necessita de um cofator, isto é, de uma complexa molécula orgânica além de seus próprios resíduos de aminoácidos.

A hidrólise dos compostos de alta energia dispõe de uma grande quantidade de energia livre que pode ser utilizada pelas células, com apenas uma exceção: os compostos fosforilados. Tais compostos apresentam derivados de coenzima A, que contém ligações tioéster cuja energia resultante de seu processo de hidrólise promove a síntese energética de uma ligação fosfato. Microrganismos anaeróbios que dependam da atuação da fermentação em seu metabolismo energético apresentam uma grande importância da ação da coenzima A.[5]

Respiração

Na respiração ocorre o processo de oxidação de um composto orgânico reduzido (substrato). Este processo tem como objetivo a produção da principal coenzima da célula que tem como função o armazenamento de energia, as moléculas de adenosina trifosfato(ATP). ATP é uma molécula de baixa complexidade composta pela base nitrogenada adenina, açúcar e três fosfatos. A energia que tanto se fala é oriunda, justamente, das duas ligações que unem os fosfatos. Elas são ligações de alta energia que quando necessária para alguma função ou reação do corpo são quebradas liberando energia suficiente para esses eventos.Os principais compostos orgânicos utilizados são proteínas, lipídios e carboidratos. Entretanto na respiração são utilizados açúcares solúveis (frutose, sacarose, glicose), sendo assim esses compostos precisam ser quebrados para serem consumidos como substratos. Nas células, a mitocôndria é a organela responsável pela respiração [9].

A oxidação pode ocorrer por meio do O2 ou um substituto. Com isso são separados em dois processos de respiração, sendo aeróbia (Com oxigênio) e anaeróbia (sem oxigênio). Todavia, a respiração anaeróbia é considerada Fermentação devido a falta de oxigênio. O metabolismo aeróbico em termos energéticos é bem mais eficiente que o metabolismo anaeróbico, o aeróbico produz 36 ATPs já o anaeróbico apenas 2 ATPs.

Respiração aeróbia e anaeróbia[10].

Respiração Aeróbia

A respiração aeróbica pode ser dividida em duas fases: uma fase anaeróbica e outra aeróbica. A fase anaeróbica é composta pela glicólise, que também ocorre na respiração anaeróbia. Na respiração Aeróbia o oxigênio atua como aceptor terminal de elétrons, sendo assim ela envolve três etapas que resultam na redução dos compostos orgânicos em ATP, dióxido de carbono CO2 e água (H2O). A equação abaixo representa o resultado desse processo na glicose (C6H12O6).

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 36 ATP

Os tópicos abaixo representam as três etapas da respiração aeróbia.

A Glicólise

A glicólise é o resultado da quebra de polissacarídeos ou da síntese a partir de precursores não glicídicos. Essa quebra glicolítica é a única fonte de energia metabólica em alguns tecidos e células de mamíferos. Em suas reações, a glicose é convertida em duas unidades de piruvato e com a energia liberada nesse processo é possível sintetizar ATP a partir de ADP + P. A energia (ATP) é formada através da fermentação, termo usado para a degradação aeróbica da glicólise ou outros nutrientes.

A glicólise tem como atividade fundamental a quebra da glicose em piruvato, que é o principal substrato utilizado no ciclo de Krebs (segunda etapa da respiração aeróbia). Tanto na respiração quanto na fermentação a glicose passa por esse processo, sendo assim não depende diretamente do oxigênio para ocorrer. Pensando na respiração aeróbia, considera-se que a glicólise possui dois estágios: investimento de energia e recuperação de energia. Circunstanciadamente, esses estágios podem ser divididos em 10 etapas:

Sinteticamente as reações preparatórias são: a glicose sofre fosforilação pelo ATP formando a glicose-6-fosfato, que depois é transformada em frutose-6-fosfato. Esta sofre outra fosforilação, acarretando na molécula frutose-1,6-bifosfato. Com isso, esta nova molécula é separada em duas gliceraldeído-3-fosfato pela enzima aldolase. Nesta etapa só há o consumo de ATP.

Aprofundado as etapas do primeiro estágio:

  1. A primeira reação é a transferência de um grupo de fosfato do ATP para glicose formando a glicose-6-fosfato, catalisado pela Hexocinase.
  2. Logo depois vem a conversão do a glicose-6-fosfato em frutose-6-fosfato, por meio da fosfoglicose-isomerase.
  3. Com a utilização de um segundo ATP é possível fosfofrutocinase para a formação da frutose-1,6-bifosfato.
  4. A aldolase converte um composto de 6 carbonos em dois compostos de 3 carbonos (gliceraldeído-3-fosfato e di-hidroxiacetona- fosfato).
  5. Com isso a enzima triose-fosfato-isomerase interconverte os dois compostos convertido na etapa anterior.

Com o fim do primeiro estágio a glicose foi transformada em dois compostos conhecidos como GAP, com a utilização de 2 ATPs. Nas próximas etapas as moléculas GAP serão transformadas em compostos de “Alta Energia”.

O segundo estágio tem como etapas:

  1. A gliceraldeído-3-fosfato-desidrogenase forma através da oxidação e da fosforilação o primeiro intermediário de “alta energia”.
  2. Em reação catalisada pela enzima fosfoglicerato-cinase ocorre a produção do primeiro ATP, junto com 3-fosfoglicerato.
  3. A fosfoglicerato-mutase converte 3-fosfoglicerato em 2-fosfoglicerato.
  4. Com a formação do 2-fosfoglicerato é produzido um segundo intermediário de “Alta Energia”, isso acontece através da desidratação da etapa passada, dando lugar ao fosfoenolpiruvato catalisado pela enzima enolase.
  5. Por fim com a piruvato-cinase acopla a energia livre da clivagem do fosfoenolpiruvato a síntese do ATP durante a formação do piruvato.

Resumindo a produção das moléculas com alto teor de energia, NADH, ATP e Piruvato: As duas moléculas resultantes do primeiro estágio são oxidadas duas vezes, nestes processos também ocorrem a redução do NAD+ para NADH por meio da enzima GAPDH e as moléculas oxidadas são fosforiladas por meio da adição de um fosfato inorgânico. A síntese do ATP acontece graças à transformação do ácido 1,3-bifosfoglicérico em ácido 3-fosfoglicérico e das moléculas fosfoenolpiruvato em piruvato. Ao final desta etapa quatro moléculas de ATP são sintetizadas, deixando nosso saldo líquido em 2 ATP por glicose.

Com isso, é possível construir um balanço da glicólise demonstrando o destino do esqueleto de carbono da glicose, a entrada de Pi e ADP e a saída de ATP, e o caminho dos elétrons nas reações de oxidação-redução. Sendo do lado esquerdo as reações de entrada e direito de saída:

  • Glicose + 2ATP + 2NAD+ + 4ADP + 2Pi → 2 piruvato + 2ADP + 2NADH + 2H+ + 4ATP + 2H2O

Simplificando, é obtida a equação global da glicólise em condições aeróbicas:

  • Glicose + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi → 2 piruvato + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H20

Na imagem abaixo podemos observar todos os processos que ocorrem na glicólise. O estagio 3 descrito na mesma é referente a fermentação.

Glicólise[6].

Ciclo de Krebs

Visão geral do metabolismo oxidativo dos combustíveis orgânicos [11]

. O ciclo de Krebs ou ciclo do ácido cítrico ocorre na matriz da mitocôndria dos eucariontes e no citoplasma dos procariontes e ao final do mesmo a oxidação da glicose é completa. Anterior ao início do ciclo de Krebs o piruvato é convertido em acetil-CoA. Por meio desta reação ocorre a descarboxilação, liberação de CO2, da molécula de piruvato e posteriormente a ligação da coenzima A (CoA). O ciclo do ácido cítrico pode ser entendido como uma rota central para a recuperação de energia a partir de vários combustíveis metabólicos incluindo os carboidratos, os ácidos graxos e os aminoácidos que são convertidos em acetil-CoA para a oxidação [11].

Com o início do ciclo de Krebs, a molécula de acetil-CoA composta de dois carbonos, liga-se ao ácido oxalacético (oxalacetato) composto de quatro carbonos, resultando em ácido cítrico (citrato) de seis carbonos. Nesta reação há aumento do nível energético, tal aumento é possibilitado com utilização da CoA.

Com o citrato formado a reação subsequente origina o aconitato a partir da liberação de uma molécula de H2O. Posteriormente ao aconitato é reinserida uma molécula de H2O e o isocitrato é formado. Nestas duas reações a molécula de H2O retirada é inserida em uma nova posição ao aconitato e a partir desta reorganização é possibilitada a liberação de CO2 e energia, NADH. O isocitrato formado é convertido em ⍺-cetoglutarato, novamente ocorrendo liberação de dióxido de carbono e formação de mais um NADH.

Em uma reação bem semelhante a ocorrida na conversão de piruvato em acetil-CoA, o ⍺-cetoglutarato libera, além do NADH, a última molécula de CO2 e recebe a coenzima A formando o succinil-CoA. Consequentemente o succinil-CoA é convertido em succinato. Nesta reação ocorre a liberação da coenzima A o que possibilita a união de um fosfato inorgânico (Pi) a um GDP ou ADP, formando o GTP ou ATP. Diferentemente do ATP composto de adenosina o GTP possui como base nitrogenada a guanina.

Após formado o succinato libera dois hidrogênios que se ligam a um FAD formando o FADH2, este é menos energético que NADH liberado em outras reações ocorridas no ciclo. O succinato após a reação é convertido em fumarato.

Por fim o fumarato sofre duas reações subsequentes liberando mais um NADH. O oxalacetato é restaurado possibilitando o início de um novo ciclo.

Dessa forma cada molécula de glicose conduz à formação de duas moléculas de piruvato, tais moléculas são convertidas em dois acetil-CoA, dando início a dois ciclos de Krebs.

Quando finalizado o ciclo de Krebs são produzidas seis moléculas de NADH, duas moléculas de FADH2, duas moléculas de ATP e a liberação de quatro moléculas de CO2. É necessário relembrar que na conversão de piruvato em acetil-CoA também foi liberado dois NADH e duas moléculas de CO2.

Englobando a oxidação do piruvato e o ciclo de Krebs, no final da segunda etapa são produzidos oito NADH, dois FADH2 e dois ATP por molécula de glicose.

Ciclo de Krebs [11]


Regulação do Ciclo de Krebs - Mecanismos alostéricos e covalentes que regulam a produção de acetil-CoA
Regulação do fluxo dos metabólitos a partir do complexo da PDH durante o ciclo do ácido cítrico [12]

O complexo piruvato-desidrogenase (PDH) é fortemente inibido por ATP, acetil-CoA e NADH.A inibição alostérica da oxidação do piruvato é muito elevada quando os ácidos graxos de cadeia longa estão disponíveis [12]. AMP, CoA e NAD+ se acumulam quando pouco acetato flui para dentro do ciclo, ativando alostericamente o complexo da PDH [12]. Dessa forma, quando a demanda de energia é alta e a célula necessita de um maior fluxo de acetil-CoA para o ciclo do ácido cítrico a enzima do complexo PDH é ativada [12].

Nos mamíferos, os mecanismos de regulação alostéricos são complementados pela modificação covalente das proteínas constituintes do complexo PHD, as quais atuam na regulação da atividade do complexo.

Regulação do Ciclo de Krebs - O ciclo do ácido cítrico é regulado nas três etapas exergônicas

A velocidade do fluxo do ciclo do ácido cítrico é controlada por três fatores, sendo eles a disponibilidade de substrato, inibição pelos produtos acumulados e inibição alostérica por retroalimentação das enzimas que catalisam as etapas iniciais do ciclo [11].

Diagrama do ciclo do ácido cítrico, incluindo a reação da piruvato-desidrogenase, indica os pontos de inibição (octágonos em vermelho) e os intermediários do ciclo que funcionam como inibidores (setas em vermelho tracejadas). ADP e Ca2+ (círculos em verde) são ativadores. [11]

As etapas fortemente exergônicas do ciclo (as etapas catalisadas por citrato-sintase, isocitrato-desidrogenase e 𝜶-cetoglutarato-desidrogenase) podem tornar-se limitantes da velocidade do ciclo sob algumas circunstâncias.

Dessa forma, de acordo com o estado metabólico da célula a disponibilidade dos substratos da citrato-sintase (acetil-CoA e o oxaloacetato) varia, podendo até limitar sua taxa de formação do citrato. A ação das massas inibe fortemente as reações de desidrogenação quando o produto da oxidação do citrato e do 𝜶-cetoglutarato, o NADH, acumula-se sob determinadas condições, ou seja, se [NADH]/[NAD+] estão em alta a ação das massas inibe as reações. Semelhantemente tal processo ocorre na célula, assim a reação da malato-desidrogenase é limitada pelo substrato, ou seja, está em equilíbrio, e quando [NADH]/[NAD+] está em alta, a concentração de oxaloacetato está baixa, fazendo com que a primeira etapa do ciclo seja desacelerada [12].

“O acúmulo de produto inibe as três etapas limitantes do ciclo: a succinil-CoA inibe a 𝜶-cetoglutarato-desidrogenase (e também a citrato-sintase); o citrato bloqueia a citrato-sintase; e o produto final, ATP, inibe a citrato-sintase e a isocitrato-desidrogenase” [12].

Ressalta-se que as concentrações dos substratos e do intermediários do ciclo do ácido cítrico são responsáveis por ajustar o fluxo desta via, de modo que a velocidade fornecida traga concentrações ótimas de ATP e NADH. Assim, a inibição da citrato-sintase pelo ATP é abrandada por um ativador alostérico dessa enzima, o ADP, enquanto nos músculos dos vertebrados o sinalizador para a contração e o aumento concomitante na demanda de ATP (Ca2+), ativa a isocitrato-desidrogenase, a 𝜶-cetoglutarato-desidrogenase e ativa o complexo da PDH [12].

Nas condições normais, as velocidades da glicólise e do ciclo do ácido cítrico agem juntos, de forma a garantir que a quantidade de piruvato (glicose metabolizada) seja suficiente para suprir o ciclo do ácido cítrico com os grupos acetil da acetil-CoA [12].

Destaca-se que a velocidade da glicólise é vinculada à velocidade do ciclo por meio da inibição pelos altos níveis de ATP e NADH e pela concentração de citrato. Assim, o primeiro produto da etapa do ciclo do ácido cítrico, o citrato, é um importante inibidor alostérico da fosfofrutocinase-1 na via glicolítica [12].

Cadeia de Transporte de Elétrons

Também conhecida como fosforilação oxidativa é nesta etapa que as moléculas de NADH e FADH2 produzidas anteriormente possibilitam a produção de ATP. O processo ocorre na membrana interna da mitocôndria e envolve complexos proteicos. Na produção de ATP a partir do NADH estão envolvidos o complexo I, III e IV, além da a ubiquinona (Q) e da proteína citocromo c.

O processo se inicia no complexo I, o NADH doa elétrons neste primeiro complexo e possibilita o bombeamento de H+ para o espaço intermembranar, tendo o O2 como aceptor final, os elétrons são cedido a ubiquinona e atingem o complexo III, neste complexo novamente é possibilitado o bombeamento de H+, por fim os elétrons são transferidos através do citocromo c ao complexo IV onde possibilita outra vez o bombeamento de H+ para o espaço intermembranar e se liga ao O2 formando uma molécula de H2O.

Ao final desta cadeia há aumento de concentração de H+ no espaço intermembranar, desta forma por difusão alguns prótons de H+ retornam ao interior da mitocôndria através de canais específicos da ATP sintase possibilitando assim a fosforilação do ADP em ATP, visto que o retorno de H+ para o interior da mitocôndria possibilita a entrada de um fosfato inorgânico. Dessa forma, de um NADH é produzido 3 ATP.

O processo da transformação de FADH2 em ATP é muito semelhante contudo envolve complexos diferentes, o FADH2 é menos energético que o NADH, assim inicia o processo no complexo II, ao chegar ao complexo III bombeia H+ e segue para o complexo IV, bombeia novamente H+ e há formação de H2O quando encontra o oxigênio, aceptor final de elétrons. Note que neste processo o bombeamento de H+ ocorre apenas em dois complexos. Assim, a partir de um FADH2 é produzido 2 ATP.

Cadeia Transportadora de Elétrons[6].

Por fim, o rendimento final da respiração aeróbica por molécula de glicose é:

Tabela 1. Rendimento final da respiração aeróbica por molécula de glicose

Fermentação

A fermentação é um processo bioquímico que ocorre na ausência de oxigênio. Seus principais agentes são fungos e bactérias, que através de um conjunto de reações enzimáticas controladas, transformam molécula orgânica em compostos mais simples. Durante esse processo ocorre a liberação de energia, e portanto, trata-se da forma que alguns micro-organismos utilizam para produzir energia e desempenhar suas funções biológicas. Além disso, tem grande importância econômica, sendo responsável pela fabricação de diversos produtos, como álcool combustível, bebidas alcoólicas, pães e outros alimentos.[13]

A matéria orgânica mais utilizada no processo é a glicose. Através do processo de glicólise, ocorre a desmontagem parcial da molécula, produzindo resíduos de tamanho molecular maior que os produzidos na respiração. Consequentemente, o rendimento de ATP na fermentação é pequeno quando comparado com o produto da respiração aeróbia, na fermentação uma molécula de glicose gera 2 ATP, enquanto na respiração a produção de ATP é muito maior.[13] Por ser menos eficiente, a fermentação pode ser considerada uma opção metabólica alternativa, quando o O2 não estiver disponível, permitindo que um organismo se desenvolva quando as condições não suportarem a respiração.[5]

Na glicólise, também denominada via de Embden-Meyerhof-Parnas em homenagem a seus principais descobridores, ocorre a quebra da glicose em piruvato. Em consequência de diversas reações químicas ocorre a liberação de energia e hidrogênio. O hidrogênio combina-se com moléculas transportadores de hidrogênio (NAD), formando NADH + H+, ou seja NADH2.

Esquematização da glicólise.[13]

O ATP é sintetizado diretamente, por fosforilação, a partir de intermediários ricos em energia durante etapas do catabolismo do substrato fermentável, conforme esquematizado na figura abaixo. Este substrato fermentado é tanto doador como aceptor de elétrons, e sendo assim, a fermentação se difere da respiração pois seu aceptor final é um composto orgânico e não uma molécula externa como o oxigênio.[5]

Catabolismo do substrato fermentável.[5]

Especificando melhor o processo da glicólise que ocorre na respiração celular, ela se dá dentro do citosol ou líquido citoplasmático. A molécula de açúcar é umas das principais fontes de entrada de energia, das quais são elas, os lipídeos(óleos e gorduras), proteínas e carboidratos. No caso em questão, busca-se compreender como é feita a quebra da molécula de açúcar, para assim, transformá-la em uma forma química que seja usada por células dos seres vivos para o fim da fermentação. O processo acontece pelo fato de que, o açúcar na forma que é ingerido não é compatível com o que é usado quando se demanda energia na célula, sendo assim, ocorre o processo de quebra da molécula já mencionada chamado glicólise, para que a energia contida no açúcar seja transformada em algo que a célula possa utilizar. O processo se inicia com a ingestão e para assim se iniciar de fato é usado dois Trifosfato de Adenosina (ATP), muito estranho uma reação com o intuito de gerar ATP gastar eles para se iniciar, isto é visto como um investimento energético, que futuramente será recompensado.

O processo completo é bem extenso, composto por diversas fases com pequenas evoluções, e nesse contexto, serão exploradas as de maior importância. No momento em que o ATP entra em contato e transforma-se em Difosfato de Adenosina (ADP), a molécula ficará com dois íons de fósforo, essa adição causa instabilidade suficiente para que a molécula agora com nome de frutose-1,6-difosfato venha se partir ao meio, liberando elétrons e hidrogênios que serão captados pela Nicotinamida Adenosina Dinucleotídeo (NAD+) ficando NADH, uma coenzima do complexo B3. Após a quebra o produto da reação são duas moléculas de três carbonos cada com fósforo em suas extremidades, os outros dois íons de fósforo vem de processos nas proximidades da reação pelo NADH, com isso a molécula fica nomeada de 1,3-bifosfoglicerato. Ao fim do processo, quatro ADPs entrando em contado com as duas partes da molécula que se iniciou o processo estorna o fósforo formando quatro ATPs tendo um saldo positivo de dois ATPs, por ter usado outros dois no início para que o processo desse andamento, ao fim dessas reações restará o ácido pirúvico ou piruvato que é uma molécula de glicose dividida ao meio, que sofreu uma glicólise.[6]

Após a glicólise a fermentação acontece de modo diferente da respiração celular. Os 2 NADH que são produzidos no processo de glicólise, na ausência do oxigênio, não podem liberar seus elétrons para retornar a NAD+. Para que isso aconteça, é utilizado uma molécula orgânica como aceptor de elétrons, possibilitando assim que o NAD+ atue novamente no processo de glicólise. A molécula orgânica depende do micro-organismo que está realizando a fermentação, e é neste ponto que diferencia-se os diversos tipos de fermentação, sendo os principais a fermentação láctica e alcoólica.[14]

Na fermentação alcoólica que ocorre logo após a glicólise, na ausência de oxigênio, o piruvato ou ácido pirúvico é fermentado pelo micro-organismo que entrou em contato com a molécula de açúcar partido. A molécula é reduzida perdendo um de seus três carbonos, sendo liberado na forma de (CO2), e se transformando em um composto de dois carbono chamado de etanal ou acetaldeído (C2H4O). Após essa redução o NADH faz uma doação de hidrogênios e elétrons que faz com que o acetaldeído se transforme em etanol (C2H6O), o resultado e os resíduos podem ser diferentes pois está estritamente ligado micro-organismo que fará a fermentação no processo.[6] Esse procedimento é feito por centenas de anos pela humanidade que faz bom uso dos resíduos causado por essa fermentação, para fins de confeitaria o (CO2) é de suma importância para o crescimento do volume dos pães e bolos, para a parte de bebidas alcoólicas o uso é bem intenso usado em grande variedade de bebidas, somente a Saccharomyces cerevisiae, principal levedura desse segmento, as matérias primas produzidas podem ser uva (vinho), batata (vodka), cana-de-açúcar (cachaça e combustível), cevada (cerveja), agave azul (tequila) e entre outras.

Por fim, a fermentação láctica é um processo normalmente usada por lactobacilos, bactérias de um gênero benigno ao organismo humano, para obtenção de energia. Nesse processo, a quebra da glicose produz o ácido pirúvico (C3H4O3), ATP e NADH2. O ácido pirúvico é transformado, pela ação da enzima desidrogenase lática, em ácido lático (C3H6O3). Em situação de grande esforço físico, onde o oxigênio torna-se insuficiente para o processo de respiração às células musculares dos animais também realizam fermentação láctica. Cabe também destacar a grande importância industrial deste tipo de fermentação sendo responsável pela produção de queijos, coalhadas e iogurtes.

Regulação Metabólica

Regulação metabólica é o processo em que as células controlam os processos químicos necessários para a vida, ajudando a manter o sistema em homeostase, estado quimicamente equilibrado. É fundamental para que o organismo possa responder rapidamente e eficientemente à variações das condições ambientais, alimentares, ou condições adversas como traumas e patologias. [15].

A regulação metabólica é realizada à partir de enzimas regulatórias de processos metabólicos chaves, de tal modo que se possa ativar ou inibir reaçòes químicas específicas, para cada situação. [15].

Moléculas Reguladoras

As enzimas podem ser reguladas por moléculas que aumentam ou diminuem sua atividade, sendo as moléculas que aumentam a atividade enzimáticas chamadas de ativadoras, e as moléculas que diminuem de inibidoras.

A ligação de um inibidor ou ativador é reversível, ou seja a molécula não se prende a enzima de forma permanente. Os inibidores reversíveis são divididos em dois grupos, de acordo com o seu comportamento de ligação, competitivos e não-competitivos. [16].

Atividade enzimática de inibidores competitivos e não competitivos

Inibição competitiva
O inibidor ao se ligar à enzima, em seu sítio ativo, bloqueia a ligação do substrato. O inibidor “compete”com o substrato pela enzima. O inibidor competitivo diminui a taxa de reação quando as concentrações do substrato são baixas, mas pode ser superado se houver adição de mais quantidades de substratos. [16].

Inibição não competitiva
O inibidor não impede o substrato de se ligar ao sítio ativo, ele se liga a outro sítio ativo, impedindo que a enzima realize seu trabalho. O inibidor não competitivo diminui consideravelmente a reação catalisada, a enzima nunca chegará a sua velocidade máxima normal, mesmo com uma grande adição de substrato. [16].

Gráfico da taxa de reação x Concentração de Substratos em enzimas inibidoras

Regulação Alostérica

Regulação Alostérica é qualquer forma de regulação em que a molécula reguladora (um ativador ou inibidor) se liga a uma enzima em algum lugar diferente do sítio ativo. O lugar onde o regulador se liga é chamado de sítio alostérico. Praticamente todos os casos de inibição não-competitiva são formas de regulação alostérica. As enzimas alostéricas normalmente possuem múltiplos sítios alostéricos. [16].

Um sítio alostérico, é um sítio regulatório no qual se ligam compostos químicos chamados de moduladores alostéricos. A ligação dos moduladores no sítio alostérico afeta a atividade enzimática, podendo ser aumentada ou diminuída. Quando a ligação do modulador promove aumento da atividade enzimática ele é chamado de modulador alostérico positivo, e quando a ligação do modulador promove diminuição da atividade enzimática ele é chamado de modulador alostérico negativo. [15].

Gráfico da velocidadede reação x Concentração de Substratos nas Reações Alostéricas

O perfil metabólico das células é profundamente modificado em função do nível de energia, que depende do aporte nutricional. A presença adequada de nutrientes para a célula resulta na produção de moléculas ricas em energia como a de adenosina trifosfato (ATP) e outras moléculas que serão moduladores alostéricos positivos ou negativos, ativando ou inibindo muitas enzimas regulatórias de vias metabólicas importantes.[15].

A diminuição ou ausência de nutrientes na célula, resulta na produção de moléculas de baixa energia como o ADP, AMP e NAD+, que também são moduladores alostéricos de várias enzimas regulatórias.[15].

Manter uma relação ATP/ADP alta é um dos parâmetros mais fundamentais para a manutenção da célula viva. Em condições normais a razão ATP/ADP é cerca de 10/1 e toda vez que esta razão é alterada ocorrem profundas alterações no metabolismo celular. [15].

Tabela das principais vias metabólicas moduladas porregulação alostérica, suas enzimas, moduladores alostéricos sinalizadores de presença ou ausência de energia e os efeitos na atividade enzimática por eles induzidos.

Modificações Covalentes

Neste tipo de regulação, a atividade é articulada por modificações covalentes através de um ou mais dos resíduos de aminoácidos da molécula da enzima. As propriedades catalíticas de muitas enzimas são alternadas pela ligação covalente e transitória de um grupo químico à cadeia polipeptídica ou ao sítio ativo da enzima. No metabolismo celular, é bastante comum a regulação de enzimas reguladoras das vias metabólicas serem realizadas por transferência de grupos fosfatos do ATP para sítios ativos dessas enzimas[17].

Exemplo de modificações covalentes[18].

Regulação Hormonal

A regulação hormonal do metabolismo é realizada e equilibrada pelos hormônios, que são biomoléculas produzidas pelo sistema endócrino, e que desempenham diferentes funções nos organismos multicelulares. Apesar de os hormônios exercerem o papel de regularem processos bioquímicos de diferentes naturezas, eles atuam de forma química no organismo. Cada hormônio tem um determinado papel na dinâmica do metabolismo, e tudo isso em diferentes lugares. Para atender essas características, os hormônios são liberados pelas glândulas endócrinas na corrente sanguínea, facilitando a distribuição dos hormônios ao longo de todo o metabolismo. Cada estrutura de hormônio desempenha função diferente da outra, e o critério de onde esse hormônio deve atuar é definido pelas chamadas “células-alvo”, que possuem uma espécie de decodificador químico chamado receptor hormonal. Quando um determinado hormônio encontra seu respectivo receptor, eles combinam-se e é então que o processo de ação hormonal é iniciado no organismo.

Regulação Neuroendócrina

Consiste na regulação do metabolismo em diferentes órgãos realizada pelo sistema neuroendócrino. Este sistema é formado por glândulas que têm a função de produzir secreções denominadas hormônios. Existe uma grande interação entre o sistema endócrino e o nervoso. O sistema nervoso consegue fornecer informações sobre o meio externo, enquanto o endócrino trabalha na resposta do organismo a essa informação. Dessa forma, esses 2 sistemas conjuntamente atuam na regulação de funções corporais. Dentre as principais glândulas, estão: hipófise, tireóide, pâncreas e gônodas. Os hormônios têm uma importante atuação na regulação de atividades enzimáticas, ativando proteínas (quinases ou fosfatases) que atuam em enzimas, fazendo com que ganhem ou percam fosfato, realizando a regulação[15].

Síntese de Biomoléculas

Biossíntese

As biomoléculas são o objeto de estudo da bioquímica e são majoritariamente orgânicas, as quais possuem o carbono como base de sua estrutura, são sintetizadas por organismos vivos, e conferem diferentes características aos seres de acordo com sua formação e funções. Em sua maioria, são macromoléculas compostas por átomos de oxigênio, hidrogênio, nitrogênio, enxofre e fósforo, principalmente, organizadas ao redor de uma formação de átomos de carbono. Outros elementos químicos estão presentes na composição dessas moléculas, porém em menor quantidade. Os grupos funcionais ligados à cadeia carbônica são de grande importância na definição das características e propriedades das biomoléculas.[19]

São elas as responsáveis por definir os processos bioquímicos de síntese no metabolismo, promovendo a estruturação molecular de itens de extrema importância ao funcionamento do organismo, tais como os sacarídeos, os lipídeos, e as proteínas.

Fotossíntese

A fotossíntese é o processo bioquímico realizado pelos seres vivos autótrofos, como plantas, algas e algumas bactérias, onde captam a energia solar e transformam em energia química em forma de ATP e NADPH, produzindo composto orgânicos a partir de CO2 e H2O e liberando O2 na atmosfera.

Em 1817, Pelletier e Cavaton descobriram a clorofila, um dos responsáveis pela absorção de energia solar, isolando a pigmentação esverdeada das folhas das plantas. Em 1906, Richard Martin Willstätter purificou a clorofila descobrindo que está é composta por duas partes, que se diferenciavam em suas características de absorção de luz, chamando de clorofila a e clorofila b.

A clorofila b diferencia-se da clorofila a no grupo funcional de substituição na cadeia lateral 3, possuindo um grupo aldeído (-CHO) ao invés de um grupo metila(-CH3).[20]

Estrutura quimia das clorofilas a e b

A clorofila se encontra nos cloroplastos, organelas das células das folhas, possuindo dupla membrana e possuem seu próprio DNA. Sua membrana externa é permeável a íons e pequenas moléculas. O estroma se encontra na matriz do cloroplasto.[16]

A membrana interna dos cloroplastos é constituída por estruturas membranais planas e discoidais chamadas tilacóides, empilhados como moedas, formando a unidade chamada de grana. Os grana são interligados pelas lamelas (extensões de tilacóides). Nas membranas dos tilacóides encontram-se os pigmentos fotossintéticos e as enzimas requeridas pelas reações de luz.[16]

Representação do cloroplasto

A clorofila absorve fortemente a luz vermelha e a violeta refletindo comprimentos de onda intermediários cuja mistura dá a cor verde, características das folhas das plantas.[16]

A reação geral do processo da fotossíntese, na qual é aproveitada a energia solar, revela um processo de oxido-redução em que H2O doa elétrons para reduzir o CO2 e converte-lo em carboidrato (CH2O)n:

Reação geral da fotossintese

O oxigênio livre produzido provem da agua e não do CO2, o que significa que a agua é o agente redutor no processo. Entretanto a H2O não reduz diretamente o CO2. A energia solar produz a oxidação (saída de elétrons) fotoquímica da H2O devido a existência de excelentes doadores e receptores de elétrons, onde o receptor final deles é o NADP+, o qual é reduzido a NADPH e o O2 é liberado.[16]

Reação de formação da NADPH

O processo da fotossíntese agrupa dois processos: (1) as reações lumínicas, que ocorrem quando a planta esta iluminada e (2) as reações obscuras ou reações de fixação do CO2 (ciclo de calvin) que ocorrem tanto em ambiente de luz quanto de escuridão. Ambas as reações ocorrem no cloroplasto.[16]

Reações lumínicas: No processo lumínico os pigmentos fotossintéticos presentes nas membranas tilacoides dos cloroplastos absorvem a energia solar, a qual é utilizada para fosforilar ADP e produzir ATP bem como para produzir NADPH. Quando ocorre a absorção de luz, os elétrons das moléculas dos pigmentos passam para um estado excitado (elétrons passam para a orbita mais externa), ficando em situação instável; ao voltar para o estado basal(estável) emitem parte da energia absorvida (Fluorescência). Assim essa transferência de elétrons entre citocromos está ligada a síntese do ATP. O retorno dos elétrons para a clorofila se chama fotofosforilação cíclica, que produz ATP. Quando os elétrons não retornam à clorofila, sendo captados pelo NADP, chamando se de fotofosforilação acíclica, produzindo ATP e NADPH.[16]

Reações obscuras: Nas reações obscuras da fotossíntese, também conhecida como ciclo de Calvin, o CO2 atmosférico é fixado pela planta para produzir carboidratos (glicose e amido). São chamadas obscuras porque nelas não intervém a energia solar, embora ocorram também durante o dia. O ciclo de Calvin é realizado nos cloroplastos e pode ser estudado como se estivesse integrado por duas partes: na primeira ocorre a fixação do CO2 pelo composto ribulose-1,5-difosfato (RuDP); na segunda parte, ocorre a regeneração da RuDP.[16]

Processo fotossintético - Designua/Shutterstock.com (adaptado)

Glicogênese

A Glicogênese é o conjunto de reações metabólicas que tem como principal objetivo a síntese do glicogênio por meio de outros carboidratos mais simples. Torna-se necessário a caracterizar a importância do glicogênio, com relação às suas funções. Em suma, o glicogênio é o principal polissacarídeo de reserva de energia que após o processo de sintetização está presente no fígado e nos músculos.

Para que o processo de síntese do glicogênio se inicie, partimos de uma proteína denominada glicogenina. Em um primeiro instante a glicogenina liga-se a um resíduo de glicose formando a cadeia inicial, denominada primer. A partir disso a proteína passa a atuar como um catalisador do processo, fazendo com que o glicogênio une a esta cadeia e a partir disso temos a expansão da cadeia. Neste processo, ocorre os processos de ramificações da cadeia, realizadas pela glicosil-(4-6)-transferase proteína.[21]

O glicogênio corresponde a um polissacarídeo que apresenta duas principais ligações com funções importantes para este processo de síntese, sendo elas: α(1:4) e α(1:6). As ligações α(1:4) temos duas glicoses alfa ligadas no carbono um e no carbono quatro e tem por objetivo unir as moléculas de glicose e o glicogênio que tem como resultado a cadeia principal. A segunda ligação tem como objetivo a formação das ramificações por meio da união entre glicoses e o glicogênio. Estas ramificações são essenciais para aumentar a solubilidade do glicogênio além da velocidade de síntese de degradação da molécula. A síntese corresponde a sucessivas adições de glicoses as extremidades do núcleo do glicogênio e para que isso ocorre a glicose deve estar na sua forma ativa. A forma ativa corresponde que ao fato que a glicose ganhou energia, através de processos de fosforilação e chegou a seu estado de ligação a UDP - G (Difosfato de Uridina Glicose).[22]

A formação da UDP - G por meio da glicose está destacada abaixo.

  • Glicose + ATP –> Glicose-6-fosfato + ADP + H+
  • Glicose-6-fosfato –> Glicose-1-fosfato
  • Glicose-1-fosfato + UTP –> UDP-G + PP

Após a síntese, temos a formação do glicogênio, cuja representação encontra-se na figura a seguir.

Formação da molécula do glicogênio. - Wikipedia.


Gliconeogênese

A gliconeogênese ocorre quando não há disponibilidade de glicose na dieta ou quando o fígado esgota seu suprimento de glicogênio, então a glicose é sintetizada a partir de precursores não glicídicos, como o piruvato. [11] Este processo pode ser dito como uma via oposta do ciclo de obtenção da glicose, no entanto, estes dois ciclos não ocorrem simultaneamente nos seres vivos. [11] O sentido dessa via é ditada pelas necessidades dos organismos. [11]

Na verdade, a gliconeogênese fornece uma porção substancial da glicose produzida em seres humanos em jejum, mesmo apenas poucas horas após a alimentação. A gliconeogênese ocorre no figado e, em menor grau, nos rins. [11]

As reações de conversão em glicose, pela gliconeogênese, são as mesmas em todos os tecidos e em todas as espécie. Porém, há uma variação no contexto metabólico e na regulação das vias de cada espécie e de cada tecido.[12]
Por conveniência, a gliconeogênese é considerada a via pela qual o piruvato é convertido em glicose. A maioria das reações da gliconeogênese corresponde a reações da via glicolítica que acontecem no sentido inverso.[11]

Vias opostas da glicose e gliconeogênese em fígado de mamífero.[12]

Entretanto, as enzimas glicolíticas hexocinase, fosfofrutocinase e piruvato-cinase catalisam reações com grandes variações de energia livre e negativa. Essas reações devem, portanto, ser substituídas na gliconeogênese por reações que tornam a síntese da glicose termodinamicamente favorável.[11]

Conversão do piruvato em fosfoenolpiruvato

A fosforilação do piruvato, ou seja, a conversão de piruvato em fosfoenolpiruvato (PEP), é uma das reações exclusivas da gliconeogênese e requer uma alta quantidade de energia livre, logo, para a realização desta conversão é preciso, primeiramente, que a enzima piruvato-carboxilase converta o piruvato em oxaloacetato, nesta etapa háo fornecimento da energia necessária, em seguida, a enzima PEP-carboxicinase (PEPCK) converte a oxaloacetato em PEP. [11] A 1ª etapa do processo ocorre apenas na mitocôndria, enquanto a enzima PEPCK pode ser encontrada na mitocôndria, no citosol ou até mesmo nos dois compartimentos, variando de espécie para espécie. Portanto, para que a gliconeogênese aconteça é preciso que ocorra um transporte do oxaloacetato ou da PEP da mitocôndria para o citosol.[11]

As reações hidrolíticas no desvio de reações glicolíticas

Nas reações hidrolíticas da glicose-6-fosfato e da frutose-1,6-bifosfato são catalisadas por enzimas diferentes da glicólise. No caso da frutose-6-fosfato, esta é isomerizada a G6P, que então é hidrolisada pela glicose-6-fosfatase, que é a mesma enzima que converte a G6P derivada do glicogênio em glicose. Pode-se observar na figura acima que essas duas reações hidrolíticas liberam P a partir da H20, em vez de reverter as reações ATP para ADP que ocorrem no sentido da glicose.[11]

Metabolismo de lipídeos

Os triacilgliceróis constituem 90% dos lipídeos da dieta e são a principal forma de armazenamento de energia .Durante o ciclo de vida, reservas de triacilgliceróis são formados de acordo com a necessidade que a espécie se encontra, como por ex: a corcova do camelo, a grande quantidade presente em animais que hibernam ou em aves que migram longas distâncias. A glicose é a grande responsável pela obtenção de energia a curto prazo, porém a longo prazo, a oxidação de lipídios se torna o principal meio [11].

Digestão, absorção e transporte de lipídeos

Os triacilgliceróis são hidrofílicos, enquanto as enzimas digestivas são hidrossolúveis, portanto a digestão ocorre em interfaces de lipídeo-água. Assim, a taxa de digestão, depende da área de superfície da interface, a qual é aumentada pelos movimentos peristálticos do intestino somado a ação dos ácidos biliares

A mistura de ácidos graxos produzidos pela digestão de lipídeos é absorvida pelas mucosa intestinal no intestino delgado e distribuídos para outros tecidos para catabolismo ou armazenamento.Contudo, como são pouco solúveis em soluções aquosas, os lipídeos são transportados pela circulação em complexo com proteínas. A importância desse processo é demonstrada em indivíduos com obstrução nos dutos biliares: eles absorvem poucos dos lipídios ingeridos, mas os eliminam na forma hidrolisada nas fezes. Os ácidos biliares são, da mesma maneira, necessários para a absorção intestinal eficiente das vitaminas lipossolúveis A, D, E e K [11]. As células da mucosa intestinal convertem os ácidos graxos da dieta em triacilgliceróis e os empacota, juntamente com o colesterol absorvido da dieta, em lipoproteínas chamadas de quilomícrons. Essas partículas são liberadas na linfa intestinal e transportadas por meio dos vasos linfáticos até alcançarem as grandes veias [11]

Outras lipoproteínas, conhecidas como lipoproteínas de muito baixa densidade (VLDL), lipoproteínas de densidade intermediária (IDL) e lipoproteínas de baixa densidade (LDL), são sintetizadas no fígado para o transporte dos triacilgliceróis do fígado para os tecidos. As lipoproteínas de alta densidade (HDL) transportam o colesterol e outros lipídios dos tecidos de volta para o fígado [11].

Oxidação de ácidos graxos

O objetivo da oxidação de ácidos graxos é a geração de AT Os triacilgliceróis armazenados nos adipócitos se transportam quando há necessidade metabólica por ação da lipase hormônio-sensível.Os ácidos graxos são metabolizados por um processo oxidativo que ocorre na mitocôndria. Cada ciclo da oxidação produz um NADH, um FADH2 e uma acetil-CoA. A oxidação da acetil-CoA pelo ciclo do ácido cítrico gera um FADH2 e 3 NADH adicionais, os quais são reoxidados por meio da fosforilação oxidativa, formando ATP. A oxidação completa de uma molécula de ácido graxo é, portanto, um processo altamente exergônico que produz muitos ATP[11].

Corpos cetônicos

A acetil-CoA é produzida por meio da oxidação dos ácidos graxos e pode ser oxidada no ciclo do ácido cítrico. Porém , nas mitocôndrias do fígado uma fração de acetil-CoA têm outro destino, por um processo chamado de cetogênese a acetil-Coa é convertida em acetoacetato ou em D-b-hidroxibutirato. Esses corpos e a acetona são classificados como corpos cetônicos. Esses corpos são combustíveis metabólicos importante para vários tecidos periféricos do corpo humano, em especial para o coração e também para o músculo esquelético[11].

Na formação do acetoacetato a primeira etapa ocorre no fígado e é a condensação enzimática de duas moléculas de acetil-CoA, catalisada pela tiolase, esta reação é o inverso da última etapa da b-oxidação. Após esta etapa o acetoacetil-CoA se condensa com o acetil-Coa que da origem a b-hidroxi-b-metilglutaril-CoA, clivando o acetoacetato livre e acetil-CoA[12].

Algumas situações como o jejum e diabetes melito quando não tratados levam à superprodução de corpos cetônicos e com isso também vários problemas médicos. Durante o jejum, a gliconeogênese consome os intermediários do ciclo do ácido cítrico, desviando então a acetil-CoA para a produção de corpos cetônicos[11].

No sangue e na urina de pessoas com diabetes não tratada os corpos cetônicos podem alcançar níveis extremamente altos, têm-se como exemplo uma concentração sanguínea de 90 mg/ml, tendo em vista o normal de 3mg/100ml. A excreção urinária pode chegar a 5000 mg/24h, comparando com a taxa normal de 125 mg/24h, essas condições são denominadas cetose[12].

Biossíntese de ácidos graxos

A biossíntese de ácidos graxos é realizada pela condensação de unidades C2, o inverso do processo de b-oxidação, essas unidades de condensação são derivadas do ácido acético. Estudos mostraram que tanto a acetil-CoA como o bicarbonato são necessários, e que uma unidade C3, a malonil-CoA, é um intermediário na biossíntese dos ácidos graxos[11].

O material de partida para a síntese dos ácidos graxos é a acetil-CoA, que é produzida na mitocôndria pela descarboxilação oxidativa do piruvato, catalisada pela piruvato- -desidrogenase, e também pela oxidação de ácidos graxos. Em situações onde a demanda por ATP é baixa essa acetil-CoA mitocondrial pode ser armazenada, como gordura, para uso posteriores. A biossintese de acidos graxos ocorre no citosol, porém a membrana mitocondrial é impermeavel à acetil-CoA, com isso o composto penetra no citosol sob a forma de citrato por meio do sistema de transporte do tricarboxilato.[11].

A acetil-CoA-carboxilase é responsável por catalisar a primeira etapa relacionada com a biossíntese de ácidos graxos e também uma de suas etapas de controle de velocidade. Esta reação é realizada em duas etapas, sendo elas, a ativação de Co2 e uma carboxilação e têm como resultado um grupo de três carbono ligados na forma de tioéster à CoA.[11].

Metabolismo do colesterol

O colesterol é essencial no funcionamento das das membranas celulares e um precursor dos hormônios esteróides e dos ácidos biliares. Mesmo sendo essencial a vida, sua deposição nas artérias está associada a doenças cardiovasculares e a derrames, duas das principais causas de mortalidade em seres humanos[11], portanto há necessidade de manter uma dieta equilibrada em lipídeos.Além de ser componente essencial na membrana, o colesterol também é precursor dos hormônios esteroides como o cortisol, os androgênios e os estrogênios O fígado converte o colesterol em ácidos biliares , que atuam como agentes emulsificantes na digestão e absorção das gorduras. O sistema de feedback permite a reentrada dos ácidos biliares na circulação sanguínea e o retorno ao fígado para serem reutilizados várias vezes ao dia.

O colesterol sintetizado pelo fígado pode ser esterificado pela acil- -CoA:colesterol-aciltransferase (ACAT) formando ésteres de colesterol.Como citado anteriormente, as concentrações de colesterol não dependem apenas da taxa de produção, mas também da capacidade das células de absorvê-lo. A função das lipoproteínas no metabolismo do colesterol tem sido objeto de amplos estudos, uma vez que o nível elevado de colesterol no sangue, principalmente na forma de LDL, é um forte fator de risco para doenças cardiovasculares. Este nível elevado resulta do acúmulo de lipídios nas paredes dos vasos, chamado de aterosclerose[11].

A aterosclerose é uma doença de progressão lenta, que inicia com a deposição de lipídios nas paredes dos vasos sanguíneos. A parede do vaso danificado forma uma placa contendo um núcleo com colesterol, ésteres de colesterol e remanescentes de macrófagos mortos envolto por células musculares, e esta placa placa pode calcificar, como ocorre na formação do osso. Apesar de uma placa muito grande poder ocluir o lúmen da artéria, o fluxo sanguíneo não é totalmente bloqueado, a menos que a placa rompa. O rompimento desencadeia a formação de um coágulo sanguíneo que pode impedir a circulação para o coração, causando o infarto ou a parada do fluxo sanguíneo para o cérebro causa o acidente vascular cerebral[11]. Portanto, é necessário manter uma dieta equilibrada e realizar exames com rotina.

Metabolismo de ácidos nucleicos

Os ácidos nucleicos são macromoléculas que têm como composição os nucleotídeos. Cada um destes nucleotídeos é um monômero formado por um açúcar (pentose), fosfato, e uma base orgânica nitrogenada. Destas três componentes, apenas a estrutura do fosfato é fixa e comum a todos os ácidos nucleicos. Esse fosfato é sempre ligado ao carbono da pentose, é proveniente do ácido fosfórico, e sua função é dar o caráter negativo à molécula e torná-la estrutural. Ou seja, a partir de sua composição, os nucleotídeos podem interligar-se e formar uma cadeia polinucleotídica, estruturando melhor a célula.[23]

Alguns nucleotídeos possuem mais de uma molécula de fosfato ligadas à pentose, são eles o ATP (Adenosina trifosfato) e o GTP (Guanosina trifosfato). Eles desempenham funções dentro da célula além de serem os constituintes dos ácidos nucleicos. Ambos têm como responsabilidade o armazenamento e transporte de energia para os processos metabólicos. Já os açúcares e as bases podem variar visto que, dentre os açúcares disponíveis a essa função existem a ribose e a desoxirribose, e entre as bases nitrogenadas há as púricas (adenina e guanina) e as pirimídicas (timina, citosina e uracila). A partir dessas formações originam-se os ácidos desoxirribonucleico, mais conhecido como DNA, e o ácido ribonucleico, também chamado de RNA, os quais são responsáveis pela codificação e tradução das informações necessárias à síntese de proteínas no metabolismo dos organismos vivos. Logo, é possível inferir que os ácidos nucleicos e sua biossíntese são, se não o mais, um dos mais importantes processos do controle celular, pois são eles que contêm a informação genética.[24]

A biossíntese desses ácidos é então baseada basicamente na síntese das moléculas de DNA e RNA, ou seja, do código genético dos seres vivos. Durante esse processo, o DNA é sintetizado por enzimas chamadas DNA polimerases, e esse processo ocorre a partir dos chamados desoxirribonucleotídeos, e sua composição é constituída por duas fitas unidas por ligações de hidrogênios entre as bases nitrogenadas. A partir daí, inicia-se o processo de replicação do RNA, no qual cópias idênticas de DNA são feitas com a finalidade de armazenar e transmitir informação genética. A replicação do DNA começa a partir da separação parcial da dupla fita para que em cada uma seja possível sintetizar novas fitas que as complementam, denominadas cadeias-filhas. As cadeias de RNA são sintetizadas do mesmo modo que o DNA, porém a síntese ocorre a partir dos ribonucleotídeos e as moléculas contêm Uracila como base nitrogenada, ao invés da Timina.[25]

Abaixo está representado o processo de biossíntese do DNA.[26]

Biossíntese do DNA.[24]

E a seguir a replicação do RNA.[27]

Replicação do DNA.[25]

A síntese do RNA é dada pelo desenrolar da dupla fita, originando duas cadeias simples: a fita codificadora e a fita molde. O RNA é formado a partir da fita molde substituindo timina (T) por uracila (U) e existem três tipos principais que são formados, sendo eles o RNA mensageiro, o RNA ribossômico, e o RNA transportador. O RNA mensageiro tem a função de transportar a informação genética do DNA para o ribossomo, os quais por sua vez são constituídos pelas proteínas originadas pelo RNA ribossômico. Por fim, o RNA transportador é o responsável por transportar os aminoácidos para os ribossomos, como insumos à produção de proteínas.[23]

A figura a seguir ilustra o processo de transcrição do DNA.[28]

Transcrição do DNA.[26]

Metabolismo de proteínas

Os aminoácidos são compostos orgânicos formados por uma molécula de ácido carboxílico, uma molécula denominada amina e um átomo de hidrogênio, todos ligados a um carbono central, também chamado de alfa, sendo que estes são os componentes comuns a todos os representantes desta classe. Além deles, há uma quarta ligação com o carbono alfa chamada de radical ou cadeia lateral. Ela pode ser composta de um ou mais átomos de elementos químicos, sendo a mais simples entre os aminoácidos proteicos a glicina, por ter apenas um outro átomo de hidrogênio como radical.

Existe uma grande quantidade de aminoácidos, porém apenas vinte deles são aminoácidos proteicos, ou seja, apenas esse grupo pode compor a estrutura de proteínas por meio da repetição. Quando os aminoácidos são ligados entre si, formando uma grande cadeia denominada polímero, essa composição repetitiva origina a proteína.

A proteína é então uma molécula grande formada por repetições de moléculas monômeras, que neste caso são os aminoácidos, unidos todos por ligações peptídicas. Devido ao grande número de repetições destes, a proteína é considerada um polipeptídeo. Elas são as macromoléculas mais abundantes no organismo, quando comparadas às demais orgânicas, e participam em praticamente todos os processos e reações bioquímicas que acontecem nas células para o funcionamento do metabolismo. Podem ter funções estruturais, na composição de células e tecidos; energética, quando o ser vivo já não dispõe das primeiras fontes de energia em quantidade suficiente, os açúcares e os lipídios; como defesa do organismo por constituírem os anticorpos; funções hormonais; e funções enzimáticas.[29]

A síntese de proteínas é o processo metabólico no qual as proteínas são produzidas no organismo, por meio do código genético determinado pelo DNA. Por isso, é um processo definido pelas fases de transcrição deste código e sua posterior tradução. Essas fases ocorrem no citoplasma das células e formam a proteína a partir da relação com o RNA, que transcreve o “sinal” enviado pelo DNA e também transporta os aminoácidos, que são os constituintes das proteínas; os ribossomos, estruturas celulares nas quais as proteínas são produzidas, especificamente; e as enzimas que funcionam como catalisadores das reações.

Devido ao fato de a síntese ser iniciada a partir de um código genético, todo o processo é orientado em torno dos genes participantes. O RNA mensageiro capta esse código e o transcreve para que a enzima polimerase seja a responsável por definir a sequência das bases nitrogenadas do RNA. Essa sequência será igual à de bases do DNA, e continuará a ser formada enquanto que a polimerase que saiu da região promotora do gene não chegue até a região terminal.

A sequência de bases nitrogenadas do RNA mensageiro é chamada de códon, uma cadeia polipeptídica. Quando esta cadeia se associa a uma outra chamada anticódon, formada pelo RNA transportador e composta de aminoácidos, há o processo de produção da proteína propriamente dita. Toda essa síntese é então dada pela relação entre o DNA, o RNA e os ribossomos, principalmente, e é essencial para que haja a manutenção do crescimento celular por todo o organismo vivo.[30]

Animação referente à síntese de proteína e o transporte de aminoácidos.

Aplicação na Agricultura

Os desenvolvimentos tecnológicos recentes incluem o melhoramento genético de culturas com finalidades alimentícias, humana e animal, e produção de biocombustíveis. Porém, mesmo com as tecnologias mais atuais a segurança alimentar [31] é ameaçada em diversas partes do mundo seja por exaustão de solos agrícolas, demanda crescente de alimentos em países com grande crescimento populacional [32], custo de transportes elevados e manejo inadequado [33]. O conhecimento sobre metabolismo pode ser aplicado na agricultura em alguns campos como qualidade do solo, desenvolvimento e uso de herbicidas, modificação e criação de rotas metabólicas, por exemplo. Para um bom desenvolvimento as plantas necessitam de uma certa quantidade de elementos como luz solar, água e nutrientes que dizem respeito a fertilidade do substrato em que se encontram. Destrinchando melhor esses elementos pode-se exaltar a necessidade de carbono, oxigênio, hidrogênio e nitrogênio para as culturas. Esse último, diferente do restante, conta como fonte primária a infiltração indireta do nitrogênio atmosférico no solo [34]. Muitas vezes, a deficiência de nitrogênio utilizável constitui o principal fator limitante do crescimento vegetal, [35] sendo assim, conhecer e manutenir a variabilidade metabólica do solo é crucial para um bom desenvolvimento das culturas ali implantadas.

Solo

O metabolismo microbiano do solo varia muito em função das condições em que o mesmo foi trabalhado, diferentes sistemas de manejo [36], rotação de cultura, uso de resíduos como chorume e vinhaça. Todas essas formas de trabalhar o solo modificam alguns parâmetros do solo, como temperatura, pH, umidade e quantidade de matéria orgânica ali presente. Esse parâmetros se relacionam com o metabolismo microbiano do solo pois alteram os processo microbianos. Formas de manejo convencional, com revolvimento das camadas de solo, sem manutenção de palhada e uso intenso de máquinas agrícolas aceleram a oxidação da matéria orgânica do solo, pois ao desestruturar o solo os microrganismos heterotróficos tem maior acesso a fontes de matéria orgânica que antes estavam aprisionadas em agregados do solo [37]. A consequência de se manter esse tipo de manejo é que se perde uma grande quantidade de matéria orgânica em função do tempo, e, consequentemente a saúde do solo é prejudicada. As condições para realizar uma manutenção sustentável do mesmo são alteradas pela perda da diversidade metabólica. Então o conhecimento dos processos metabólicos microbianos e dos fatores que modificam seu estado no solo pode ser uma útil ferramenta e fonte de informação para gerar novas estratégias de manejo visando uma melhor produção.

Herbicidas

Um grande exemplo de herbicida amplamente utilizado na produção de soja, cultura que em 2020 apresentou Valor Bruto da Produção Agropecuária (VBP) estimado em 689,97 bilhões de reais [38], são os inibidores da sintase acetolactato (ALS). Esses herbicidas têm ganhado bastante popularidade por conta da eficácia no controle de várias espécies de plantas daninhas que acometem a lavoura de soja. A ALS é a primeira enzima na biossíntese dos aminoácidos valina, leucina e isoleucina, catalisando duas reações paralelas: condensação de 2 moles de piruvato, para formar acetolactato; e condensação de 1 mol de piruvato com 1 mol de 2-oxibutirato, para formar aceto-hidroxibutirato [39]. Estes herbicidas atuam inibindo a síntese da valina, leucina e isoleucina; afetam o balanço hormonal e a síntese de RNA forçando, assim, uma paralisia do crescimento por meio da clorose internerval [40]. Atualmente algumas culturas têm apresentado resistência a esses herbicidas e o conhecimento de como o metabolismo das plantas funcionam auxiliam no desenvolvimento de novos e mais eficientes produtos.

Ver Também

Ligações Externas

Pasteur: Ciência para Ajudar a vida - Principais descobertas de Louis Pasteur - Visitado em 13/06/2020

Glicogênese e Glicogenólise. - Princípios da Glicogênese - Visitado em 13/06/2020

Metabolismo do Glicogênio - Descrição dos processos na síntese do glicogênio - Visitado em 14/06/2020

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Ácidos nucleicos - Artigo sobre síntese de ácidos nucleicos - Visitado em 17/06/2020

Biomoléculas - Definição de biomoléculas - Visitado em 14/06/2020.

Wikipedia - Food Security - Visitado em 23/06/2020

EcoDebate - Os países com maior crescimento populacional relativo entre 2020 e 2100 - Visitado em 24/06/2020

Estadão - Um caminho de alto custo - Visitado em 26/06/2020

Universidade Federal de Lavras - Metabolimo dos Nutrientes Minerais - Visitado em 20/06/2020

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Embrapa - Solos - Visitado em 21/06/2020

Notícias Agrícolas - VBP é estimado em R$ 689,97 bilhões para 2020 - Visitado em 25/06/2020

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Lipídios: síntese de ácidos graxos - Síntese de ácidos graxos - Visitado em 17/06/2020

Ácidos nucleicos - Síntese de ácidos nucleicos e proteínas - Visitado em 17/06/2020

Aminoácidos - Visitado em 17/06/2020

Biossíntese de aminoácidos UNIVESP - Visitado em 17/06/2020

Notas

Referências


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38. a VBP é estimado em 689,97 bilhões para 2020. Disponível em: https://www.noticiasagricolas.com.br/noticias/agronegocio/257308-vbp-e-estimado-em-r-68997-bilhoes-para-2020.html#.XvHL-GhKiUk. Acesso em 20 de junho de 2020
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40. a Rotas metabólicas e os mecanismos de ação dos herbicias. Disponível em: https://www.embrapa.br/documents/1355291/25169478/Aula+1+Mecanismos+de+acao+herbicida.pdf/920dd38c-fd9a-9323-42ef-ef067ed70b2b?version=1.0. Acesso em 20 de junho de 2020

Discussão

Nathan Boccato Marinho, 10/06/2020 18:11

O grupo fez uma reunião por chamada e foram discutidos os seguintes tópicos: - Adicionar uma introdução com fatos históricos do estudo sobre metabolismo - Adicionar aplicações na agricultura - Verificar a possibilidade de incluir novos tópicos - Vamos buscar recursos audiovisuais que possam diversificar a apresentação do conteúdo no artigo - Surgiram algumas dúvidas sobre qual seria o conteúdo dos tópicos “Ver Também”, “Ligações Externas”, “Referências” e “Notas”, e como eles diferem entre si. A resposta foi achada no manual de publicação e a dúvida sanada. - Divisão dos tópicos para os membros da equipe:

  • Introdução (Leandro e Marcos)
  • Histórico (Welligton e Nicolas)
  • Tipos de Metabolismo (Camila e Francisco)
  • Fermentação (Lucas e Felipe)
  • Respiração (Milton e Matheus)
  • Síntese de biomoléculas (Nathan e Nathália)
  • Aplicação na Agricultura (Ronan S2 Fernanda)

- Por alguns tópicos serem maiores que outros, vamos buscar colaborar com todos que precisarem de ajuda para terminar suas partes. - Lembrem de colocar as referências pois pode ser útil para todos

Gustavo Mockaitis, 10/06/2020 20:48

Gostei muito de dar ênfase na agricultura! Prossigam com o bom trabalho!

Francisco Jose Cordeiro Cardoso, 12/06/2020 13:28

Drive criado e compartilhado com todos do grupo para podermos trabalhar no artigo.

Welligton Morais Gallo, 14/06/2020 12:28

Realização parcial do tópico histórico, além do texto explicativo, estamos estudando a possibilidade de adicionar uma linha do tempo com os principais momentos marcantes para o desenvolvimento do conceito de metabolismo ao longo dos séculos.

Nathalia Medeiros Macedo, 17/06/2020 17:56

Nova reunião realizada hoje (17/06), via Meet, para verificar o andamento do trabalho e tirar dúvidas quanto aos tópicos abordados.

Nathalia Medeiros Macedo, 17/06/2020 18:01

DÚVIDA: Boa tarde professor, estamos com uma dúvida com relação a biossíntese de macromoléculas, dentro de metabolismo. Vimos que existem muitas linhas que podem ser seguidas nesse tópico, por exemplo, muitos lugares falam de forma superficial do tema, não entrando muito nos detalhes dos processos, já outros esmiúçam todas as fases dos processos nomeando cada componente, enzima, molécula, etc. Por onde devemos seguir? E quais sínteses você acha essencial colocar? Já vimos muitas fontes falando diferentes coisas sobre quais são os processos mais importantes. Por enquanto temos biossíntese de ácidos graxos, proteínas, ácidos nucleicos e fotossíntese. Aguardamos seu retorno, obrigada.

Francisco Jose Cordeiro Cardoso, 25/06/2020 22:31, 25/06/2020 22:43

Boa noite professor, tentei usar o [1] para uma referencia que é recorrente no meu texto, e não deu certo. Ficou aparecendo o #2 nas referencias, e foi sendo criadas referencias com o nome #2. Como eu posso proceder para corrigir isto?

Aguardo retorno. Obrigado.


1. a #2
Francisco Jose Cordeiro Cardoso, 25/06/2020 22:58

Problema resolvido professor, me auxilei para ver como os colegas de outros grupos haviam feito, e deu certo.

Camila de Souza Gabriel, 02/08/2020 18:10, 02/08/2020 20:10

o Grupo 3, ficou responsável pela parte de Revisão de Metabolismo e acrescentar a parte de regulação metabolica.

Regulação Metabólica - Camila

Moléculas Reguladoras - Camila

Regulação Alostérica - Camila

Modificações Covalentes -

Regulação Hormonal - Otávio

Regulação Neuroendócrina - Rodrigo

Ficando subdividido desta forma, em grupo de whats, pedi para cada membro acrescentar seu nome no subtema de interesse e informar qual parte iria revisar das demais subtemas sobre Metabolismo.

Gisele Saori Kumagai, 03/08/2020 04:47

Regulação Metabólica - Camila

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fa733/metabolismo.txt · Última modificação: 04/08/2020 00:56 por Pedro Coelho Zanca