1. Metabolismo e Integração Metabólica

1.1 Metabolismo

Primeiramente, o metabolismo refere-se de grosso modo à síntese (anabolismo), à degradação (catabolismo) e à transformação de proteínas, ácidos gordos e hidratos de carbono (HALPERN, 1997).

Chama-se metabolismo, num sentido lato, ao conjunto de reacções químicas que ocorrem nas células, e que lhe permitem manter-se viva, crescer e dividir-se. Classicamente, divide-se o metabolismo em:

Catabolismo - obtenção de energia e poder redutor a partir dos nutrientes. Anabolismo - produção de novos componentes celulares, em processos que geralmente utilizam a energia e o poder redutor obtidos pelo catabolismo de nutrientes (HALPERN, 1997).

Figura 1-1 – Várias vias metabólicas (http://w.educa.aragob.es/i escarin/depart/biogeo/varios/ BiologiaCurtis/Seccion %202/8-21.jpg, 2/1/2008, 19.00h).

Existe uma grande variedade de vias metabólicas (Figura 1-1).

Em humanos, as vias metabólicas mais importantes são a Glucólise onde ocorre a oxidação da glucose obtendo-se desta forma ATP; o Ciclo de Krebs sendo a acetil-CoA oxidada para obtenção de energia; na Fosforilação Oxidativa são eliminados os electrões libertados na oxidação da glucose e do acetil-CoA. Grande parte da energia libertada neste processo pode ser armazenada na célula sob a forma de ATP. Aquando da via das pentose-fosfato processa-se a síntese de pentoses, obtendo-se também o poder redutor para reacções anabólicas. O Ciclo da Ureia contribui para a eliminação de NH4+ sob formas menos tóxicas. Na b-oxidação dos ácidos gordos ocorre a transformação de ácidos gordos em acetil-CoA. Finalmente na Glucogénese produz-se a glucose a partir de moléculas mais pequenas (HALPERN, 1997).

As diversas vias metabólicas relacionam-se entre si de forma complexa, de modo a permitir uma regulação adequada. Este relacionamento envolve a regulação enzimática de cada uma das vias, o perfil metabólico característico de cada órgão e controlo hormonal (HALPERN, 1997).

1.2 Integração Metabólica

O equilíbrio das nossas reacções químicas é dinâmico, ou seja, adapta-se às variações do meio externo dentro de um intervalo, de modo a que as células funcionem bem ainda que as concentrações não sejam sempre exactamente as mesmas. O objectivo final das células é produzir energia e manter-se vivas, havendo várias vias metabólicas responsáveis por esta finalidade, para além da preferencial (HALPERN, 1997).

A integração metabólica é a integração das várias vias metabólicas e o seu funcionamento conjunto para o funcionamento da célula em questão. As inter-relações entre os diferentes tipos de compostos são numerosas e deve considerar-se todo o metabolismo celular como um conjunto de reacções harmoniosamente integradas (HALPERN, 1997) (ver figuras 1-2 e 1-3).

Figura 1-2 – Maior parte das vias metabólicas humanas num pré-absorsivo - O foco central é a regulação da concentração de glucose no sangue. As setas entre as caixas traduzem o transporte de substâncias no sangue (LUCIANO, 2001).

Figura 1-3 – Maior parte das vias metabólicas humanas num pós-absorsivo - O foco central é a regulação da concentração de glucose no sangue. As setas entre as caixas traduzem o transporte de substâncias no sangue (LUCIANO, 2001).

1.3 Mecanismos gerais de regulação e integração metabólica

1.3.1 Controle do fluxo através das vias metabólicas. Etapas que limitam o fluxo

O fluxo das vias metabólicas ocorre a uma velocidade determinada na reacção mais lenta da via. Esta reacção tem o nome de etapa limitante do fluxo e a enzima que a catalisa encontra-se fortemente regulada já que a sua actividade determina o fluxo da matéria atrás da via. Se a velocidade da etapa limitante diminui, reduz-se também o consumo do substrato inicial, que fica livre para outras transferências e processos metabólicos (LOZANO et al, 2000).

A velocidade da etapa limitante do fluxo pode alterar-se por diferenças de concentração do substrato, por uma mudança de actividade específica da sua enzima ou da sua quantidade. As diferenças na quantidade ou capacidade catalisadora das enzimas limitantes do fluxo estão frequentemente relacionadas com a regulação hormonal, o que proporciona mecanismos de integração complexos e versáteis (LOZANO et al, 2000).

1.3.2 Alteração da actividade específica das enzimas reguladoras do fluxo. Aplicação à regulação do metabolismo dos glúcidos.

As interacções alostéricas e a modificação covalente da “fosforilação – desfosforilação” são os mecanismos mais frequentes do controlo da actividade específica das enzimas reguladoras.

Um exemplo que ilumina como funcionam as interacções e ligações alostéricas é a regulação alostérica da fosfofrutocinase (PFK) por ATP, citrato e frutose – 2,6 – bifosfato que determina o fluxo atrás da via glucolítica. Esta PFK inibe-se para a obtenção de ATP, que despara a sua curva de saturação pela frutose – 6 – fosfato à direita e activa-se pela frutose -2,6 – difosfato, que desperta a curva de saturação à esquerda, sendo assim capaz de reverter a inibição produzida pelo ATP (LOZANO et al, 2000).

São vários os tecidos (músculos, por exemplo) em que a glucose se bloqueia para a inibição do PFK, mediada pelo ATP. Assim, o consumo de glicose ajusta-se às necessidades energéticas de cada fibra muscular. No fígado, a frutose – 2,6-difosfato é um activador do

PFK e um forte inibidor de frutose – 1,6-difosfato (LOZANO et al, 2000).

O segundo mecanismo comum da regulação da actividade específica das enzimas chave é a fosforilação-desfosforilação, catalisada por proteínas cinases. Visto que a actividade das proteínas cinases está frequentemente sobre controlo hormonal, os equilíbrios de fosforilação-desfosforilação constituem um mecanismo capaz da regulação e integração. Como estão relacionados com o sistema endócrino, permitem a adaptação do fluxo das vias metabólicas a alterações no meio interno. Um exemplo é a actividade de regulação do metabolismo do glicogénio hepático em relação com a glucémia. A activação em cascata do AMP cíclico mediada por glucagon quando a glucémia é baixa, activa a fosforilase responsável pela degradação de glucogénio, e inibe a síntese de glucogénio. Este efeito sobre o glucagon aumenta a capacidade do fígado de corrigir a glucémia (LOZANO et al, 2000).

1.3.2.1 Inibição alostérica de PKF por citrato

A produção elevada de acetilCoA a partir de combustíveis gordos provoca uma conversão massiva de oxalacetato em citrato, através da primeira reacção do ciclo dos ácidos tri-carboxilicos, catalisada pela citrato sintase. O aumento da concentração do citrato inibe a PFK. Em consequência de tal acontecimento, o substrato de PFK, fructose – 6 – fosfato, acumula-se na célula (LOZANO et al, 2000).

1.3.2.2 Inibição de hexoquinase

A reacção de inter-conversão da glucose – 6 – fosfato em frutose – 6 – fosfato, catalisada pela fosfoglucomutase, está próxima do equilíbrio em condições normais, e verifica-se em ambos os sentidos dependendo das concentrações relativas de lasdos hexofosfato. Quando se acumula frutose – 6 – fosfato, a fosfoglucomutase, a catalisa a sua transformação em glucose – 6 – fosfato. Portanto, a inibição de PFK provoca um aumento da concentração intracelular de glucose – 6 – fosfato. Como a hexocinase é inibida pelo produto da reacção, a inibição de PFK leva a uma inibição secundária da hexocinase, que se traduz, em última instancia, a uma diminuição da captação de glucose pelos tecidos. A glucose sérica fica reservada para aqueles tecidos que, tal como o cérebro, a consomem activamente (adaptado de LOZANO et al, 2000).

1.4 Perfil metabólico dos principais órgãos

Figura 1-4 – Perfil metabólico nos principais órgãos (http://w.sistemanervoso.com/images/temas/daa_06.jpg, 2/1/2008, 19.15h).

As diferenças na capacidade metabólica dos órgãos constituem um aspecto essencial da regulação metabólica. Permite, assim, uma interacção entre órgãos dada através da existência de mecanismos de comunicação hormonal que facilitem um funcionamento integrado (ver Figura 1-4).

Regula a disponibilidade de combustíveis metabólicos no organismo. Controla a glucémia e boa parte do metabolismo lipídico obtendo uma maior obtenção de energia necessária para essas funções a partir de outro tipo de nutrientes. Quando a glicemia é elevada, retira glucose “sérica”, transformando-a em forma de glucogénio (LOZANO et al, 2000).

1.4.2 Tecido adiposo

O tecido adiposo é a principal reserva de combustíveis metabólicos e precursores glucogénicos em jejum, estando assim o seu metabolismo estritamente relacionado com o metabolismo do fígado.

Quando existem muitos nutrientes, o fígado sintetiza ácidos gordos que são enviados para o tecido adiposo sob a forma de VLDL (lipoproteína). O tecido adiposo estratifica-as e armazena-as como triglicéridos. Quando a glucémia baixa, os triglicéridos do tecido adiposo são hidrolisados e passam a ácidos gordos e glicerol. Estes compostos podem ser utilizados como combustível por alguns orgaos, ou são captados pelo fígado e são transformados em glucose (e glicerol) ou corpos cetónicos (ácidos gordos), que voltam à corrente circulatória para serem distribuídos pelo organismo (LOZANO et al, 2000).

1.4.3 O cérebro e o músculo

O cérebro é totalmente dependente da glucose como combustível. Só após a adaptação que se produz num jejum prolongado é que se podem utilizar, em determinada medida, os corpos cetónicos produzidos pelo fígado. Fora este caso, as necessidades da glucose diminuem mas não desaparecem. Pelo contrário, o músculo é um tecido relativamente versátil relativamente às suas capacidades metabólicas. Em repouso, o seu combustível preferido é os ácidos gordos ou, os corpos cetónicos, no caso do miocárdio. Durante um exercício intenso, o músculo consome preferencialmente glucose e já vimos que se o exercício decorre em condições anaeróbias, o ácido láctico produzido pode ser transformado em glucose pelo fígado, de igual forma ao que ocorre com a alanina produzida a partir do excesso de piruvato. Durante um jejum prolongado, as proteínas do músculo podem degradar-se para resultar em intermédios neoglucogénicos (LOZANO et al, 2000).

Referências Bibliográficas:

HALPERN, Manuel Júdice – Bioquímica. 1ªEdição. Lisboa: LIDEL, 1997. ISBN 972-757-042-9

LOZANO et al – Bioquimica y Biologia Molecular: para ciencias de la salud. 2ªEdição. MC Graw Hill interamericana, 2000. 84-486-0292-7.

LUCIANO, Vander Sherman – Human Physiology: The mechanisms of Body Function. 8ª edição. New York: McGraw-Hill, 2001. ISBN 0-07-290801-7.

Referencias Electrónicas:

http://www.educa.aragob.es/iescarin/depart/biogeo/varios/Biologia Curtis/Seccion%202/8-21.jpg, 2/1/2008, 19.00h

Comentários