ISBN 978-85-85905-10-1
Área
Ensino de Química
Autores
Araujo, M.P. (UFPI) ; Vieira, M.C.S. (UFPI) ; Cunha, R.R. (UFPI)
Resumo
A via glicolítica foi a primeira a ser estudada e totalmente elucidada pela ciência.Sua importância esta relacionada a descoberta e reconhecimento da importância de coenzimas, enzimas bem como de precursores como NAD e NADH, alem da descoberta do papel metabolito central do ATP e de outros compostos fosforilados.A transferência de energia nessa etapa ocorre através da migração dos grupos fosfatos entre as moléculas com diferentes valores de energia.Esse fenômeno pode ser observado no ambiente virtual de forma teórica, utilizando programas de química quântica computacional, tais como Gaussian, Spartan, ChemOffice, o presente trabalho tem como objetivo utilizar calculos computacionais para descrever as transferências de energia entre as etapas de fosforilação a nivel de substrato
Palavras chaves
Via glicolitica; Química Quantica; Fosforilação
Introdução
A via glicolítica foi à primeira via metabólica a ser estudada e entendida. Sua importância está relacionada a descoberta e reconhecimento da importância de coenzimas, como também do NAD, e a descoberta do papel metabólico central do ATP e de outros compostos fosforilados. Ocorre em dez etapas, onde cada uma é caracterizada por uma reação e catalisada por enzimas especificas. As etapas mais importantes se caracterizam pelo ganho ou perda de energia, ou seja, formação ou quebra de ATP. Essas etapas são irreversíveis, pois disponibilizam de muita energia para ocorrência da reação inversa. As reações irreversíveis são a fosforilação da glicose para glicose-6-fosfato, frutose-6-fosfato para frutose-1,6-bifosfato, 1,3- bifosfoglicerato para 3-fosfoglicerato e fosfoenolpiruvato para piruvato. A energia livre de Gibbs é um conceito ideal que expressa a quantidade de energia que se transfere nas etapas importantes da via glicolitica. Quando seu valor é negativo a reação é exergônica e ocorre gasto de energia, quando é positivo é endergônica absorvendo energia. Nessas etapas é possível observar as transferências de energia entre moléculas, esse fenômeno pode ser observado no ambiente virtual de forma teórica, utilizando programas de química quântica computacional, tais como Gaussian, Spartan, ChemOffice, esses software realizam cálculos matemáticos para descrever suas propriedades, tais como energia de ligação, energia total, além de prever seu comportamento em ambiente biológico ou encaixe enzimático através da ferramenta conhecida com docking. Esse presente trabalho tem como objetivo utilizar cálculos computacionais para descrever o fenômeno de transferência de energia entre as etapas de fosforilação a nível de substrato que ocorrem na via glicolítica.
Material e métodos
Foram utilizados os softwares hyperchem e gausseian. A metodologia empregada foi a do método semi- empírico sendo utilizado o conjunto de bases AM1. Essa escolha foi baseada na seguintes critérios: - tempo de realização o com aproximados cálculos: o método semi –empírico trabalha com aproximações dos resultados,pois os cálculos são baseados em valores experimentais, diferente dos outros métodos empregados que resolve a função de onda para todos a sistema eletrônico. -capacidade de hardware: metodologias baseadas na resolução de função de onda necessitam de computadores mais potentes, enquanto os métodos sem- empíricos podem ser realizados ate mesmo por dispositivos convencionais.
Resultado e discussão
A figura 1 representa a fosforilação da glicose e da frutose 6-fosfato
apresentando ambas variação de entalpia positiva,sendo estas etapas de gasto de
ATP, indicando que os produtos tem mais energia que os reagentes.
A figura 2 representa a fosforilação a nível de substrato do
1,3bifosfoglicerato e do fosfoenolpiruvato apresentando ambas variação de
entalpia negativa, sendo estas etapas de produção de ATP, indicando que os
reagentes tem mais energia que os produtos.
De acordo com os cálculos teóricos realizados no Gaussian e no HyperChem a
conversão da molécula de ATP em ADP libera 547,65 kcal mol-1 e os valores de
conversão das moléculas de Glicose em Glicose - 6 - Fosfato e Frutose - 6 -
Fosfato em Frutose -1,6 - Fosfato são 520,86 kcal mol-1 e 527,53 kcal mol-1
respectivamente. No entanto pode-se observar que a diferença de energia entre as
moléculas de 1-3 bifosfoglicerato e 3 fosfoglicerato e fosfoenolpiruvato e
piruvato não são suficiente para a fosforilação da molécula de ADP, esse déficit
energético comprova a dependência direta das enzimas quinases e do Mg+ para a
redução da energia de ativação da fosforilação, ou seja, isso torna as etapas de
pagamento mais enzimaticamente dependentes do que as etapas de preparação,
devido a redução direta da energia necessária para formação o ATP.
Etapa de produção de energia e produção de ATP
Etapa de gasto de energia e fosforilação do carboidrato
Conclusões
Os valores indicam que os cálculos realizados com estes softwares são suficientes para a demonstração da transferência de energia para a fosforilação nas etapas de preparação e produção de energia. Conclui-se que a ferramenta computacional pode ser empregada no auxilio do entendimento dos processos bioquímicos vitais para quaisquer seres vivos, sendo um recurso pedagógico eficiente no ensino.
Agradecimentos
Referências
NELSON, D. L., COX, M. M. Lehninger Principío de Bioquímica. 3. ed. São Paulo: Artmed, 2011.
CAMPBELL, M.K., FARREL, S.O. Bioquímica Volume 3. 5. ed. São Paulo: Editora Thomson, 2007.
PRATT, C.W., CORNELY, K. Bioquímica Essencial. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2006
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