Metabolic Pathways and Regulation

Series of chemical reactions that occur within a cell to maintain homeostasis and respond to environmental changes
Two main types:
- Catabolic pathways: break down molecules to release energy (e.g., glycolysis, citric acid cycle)
- Anabolic pathways: build molecules to store energy (e.g., gluconeogenesis, fatty acid synthesis)
Regulation of metabolic pathways:
- Feedback inhibition: end product inhibits enzyme activity to prevent excessive production
- Allosteric regulation: binding of molecules to enzyme active site or allosteric site affects activity

Enzymes: biological molecules (proteins or RNA) that catalyze chemical reactions
Characteristics:
- High specificity: enzymes only catalyze one reaction or a set of related reactions
- High efficiency: enzymes increase reaction rates without being consumed
- Optimal conditions: pH, temperature, and substrate concentration affect enzyme activity
Mechanisms of enzyme catalysis:
- Lock-and-key model: substrate fits into active site, inducing conformational change
- Induced-fit model: active site adapts to substrate shape

Primary structure: sequence of amino acids in a polypeptide chain
Secondary structure: local 3D structure of a polypeptide chain (e.g., α-helix, β-sheet)
Tertiary structure: overall 3D shape of a protein
Quaternary structure: arrangement of multiple polypeptide chains (subunits) in a protein
Protein function:
- Enzymatic activity
- Structural roles (e.g., cytoskeleton, membranes)
- Transport and storage

Lipids: diverse group of hydrophobic molecules, including triglycerides, phospholipids, and steroids
Lipid metabolism:
- Lipolysis: breakdown of triglycerides to fatty acids and glycerol
- Fatty acid synthesis: formation of fatty acids from acetyl-CoA
- β-Oxidation: breakdown of fatty acids to acetyl-CoA

Nucleic acids: DNA (deoxyribonucleic acid) and RNA (ribonucleic acid)
Structure:
- Double helix (DNA) or single-stranded (RNA)
- Phosphate-sugar backbone with nitrogenous bases (A, C, G, T, U)
Function:
- DNA: genetic information storage
- RNA: messenger RNA (mRNA), transfer RNA (tRNA), ribosomal RNA (rRNA), and others

Carbohydrates: diverse group of molecules, including sugars, starches, and fibers
Metabolic pathways:
- Glycolysis: breakdown of glucose to pyruvate
- Gluconeogenesis: synthesis of glucose from non-carbohydrate sources
- Glycogen synthesis and breakdown
Regulation:
- Insulin and glucagon: hormones that regulate glucose metabolism
- Feedforward and feedback mechanisms to maintain blood glucose homeostasis

São séries de reações químicas que ocorrem dentro de uma célula para manter a homeostase e responder a mudanças ambientais
Existem dois tipos principais:
- Vias catabólicas: quebram moléculas para liberar energia (ex: glicólise, ciclo do ácido cítrico)
- Vias anabólicas: constroem moléculas para armazenar energia (ex: gliconeogênese, síntese de ácidos graxos)
Regulação de vias metabólicas:
- Inibição por feedback: produto final inibe atividade enzimática para prevenir produção excessiva
- Regulação alostérica: ligação de moléculas ao sítio ativo ou sítio alostérico do enzima afeta atividade

Enzimas: moléculas biológicas (proteínas ou RNA) que catalisam reações químicas
Características:
- Alta especificidade: enzimas apenas catalisam uma reação ou um conjunto de reações relacionadas
- Alta eficiência: enzimas aumentam as taxas de reação sem serem consumidas
- Condições ótimas: pH, temperatura e concentração de substrato afetam atividade enzimática
Mecanismos de catalise enzimática:
- Modelo de chave-e-fechadura: substrato se encaixa no sítio ativo, induzindo mudança conformacional
- Modelo de ajuste induzido: sítio ativo se adapta à forma do substrato

Estrutura primária: sequência de aminoácidos em uma cadeia polipeptídica
Estrutura secundária: estrutura local 3D de uma cadeia polipeptídica (ex: hélice α, folha β)
Estrutura terciária: forma 3D geral de uma proteína
Estrutura quaternária: arranjo de múltiplas cadeias polipeptídicas (subunidades) em uma proteína
Função de proteínas:
- Atividade enzimática
- Papéis estruturais (ex: citoesqueleto, membranas)
- Transporte e armazenamento

Lipídios: grupo diverso de moléculas hidrofóbicas, incluindo triglicerídios, fosfolipídios e esteroides
Metabolismo de lipídios:
- Lipólise: quebra de triglicerídios em ácidos graxos e glicerol
- Síntese de ácidos graxos: formação de ácidos graxos a partir de acetil-CoA
- β-Oxidação: quebra de ácidos graxos em acetil-CoA

Ácidos nucleicos: DNA (ácido desoxirribonucléoico) e RNA (ácido ribonucléoico)
Estrutura:
- Dupla hélice (DNA) ou cadeia simples (RNA)
- Backbone de fosfato-açúcar com bases nitrogenadas (A, C, G, T, U)
Função:
- DNA: armazenamento de informações genéticas
- RNA: RNA mensageiro (mRNA), RNA de transferência (tRNA), RNA ribossomal (rRNA) e outros

Carboidratos: grupo diverso de moléculas, incluindo açúcares, amidos e fibras
Vias metabólicas:
- Glicólise: quebra de glicose em piruvato
- Gliconeogênese: síntese de glicose a partir de fontes não-carboidratos
- Síntese e quebra de glicogênio
Regulação:
- Insulina e glucagon: hormônios que regulam metabolismos de glicose
- Mecanismos de feedforward e feedback para manter homeostase de glicose no sangue