Metabolic Pathways and Regulation

Metabolic Pathways

• 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

Enzymology

• 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

Protein Structure

• 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

Lipid Metabolism

• 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

• 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

Metabolismo dos Carboidratos (Carbohydrate Metabolism)

• 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

Vias Metabólicas

• 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

Enzimologia

• 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 de Proteínas

• 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

Metabolismo de Lipídios

• 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

• 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

Metabolismo dos Carboidratos

• 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