Metabolismo Energético

Metabolismo Energético

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UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL- UNIJUÍ

DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA VIDA- DCVida

CURSO DE NUTRIÇÃO

ISABEL THEREZA STEFFENON WEBER

INTERAÇÕES METABÓLICAS

Ijuí

2011

Isabel Thereza Steffenon Weber

INTERAÇÕES METABÓLICAS

Trabalho Acadêmico apresentado para a disciplina de Metabolismo Energético: Aspectos Nutricionais e Bioquímicos

Professora: Eva Boff

Ijuí

2011

INTRODUÇÃO

Quando nos alimentamos, estamos buscando mais que a sobrevivência, buscamos assim várias coisas: a saciedade da fome, o prazer de saborear um bom alimento, a interação com a família nas refeições, mas, raramente pensamos nos destino do alimento no nosso organismo. Nem percebemos, mas esse alimento percorre várias vias e caminhos pelo nosso corpo até seu destino e finalidade finais: a geração de energia.

Para que a energia e os nutrientes provenientes desses alimentos sejam aproveitados é necessário que o nosso sistema metabólico esteja em perfeito funcionamento. Caso contrário ocorre o surgimento de patogenias, muitas vezes fatais.

O conhecimento dos caminhos metabólicos é fundamental para a compreensão da complexidade da nossa interação com os alimentos, para que possamos entender inclusive o porquê de um x número de calorias necessárias e das quantidades de cada grupo de alimentos.

Mas, antes de tudo, é preciso entender o que é METABOLISMO. Metabolismo é a soma de todas as transformações químicas que ocorrem num organismo e tem como algumas de suas funções obter energia e sintetizar moléculas.

Toda a energia é gerada na forma de ATP (nossa unidade ou moeda energética) e posteriormente utilizada em nossas células.

OS PROCESSOS METABÓLICOS

Os alimentos que ingerimos são compostos de macromoléculas. Estas macromoléculas são compostas de unidades monoméricas, de um número variável delas. E são essas unidades pequenas que as células utilizam.

Quando o alimento passa pela boca é realizado o primeiro estágio da quebra das macromoléculas pela mastigação e pela enzima ptialina ou amilase salivar que começa a quebrar os carboidratos.

CARBOIDRATOS

Os carboidratos são os alimentos mais consumidos. São macromoléculas quebradas em suas unidades fundamentais. A amilase salivar é a primeira a agir, na mastigação. Outras enzimas são importantes como a amilase pancreática, que age no duodeno e as enzimas da superfície intestinal. No intestino delgado, os componentes dos carboidratos já foram quebrados e hidrolisados aos seus monossacarídeos ou unidades fundamentais. Os monossacarídeos são absorvidos por transporte ativo ou passivo, dependendo do monossacarídeo.

Os carboidratos são formados de:

  • Lactose. Formada por uma molécula de glicose + uma de D-galactose. É o caso do leite e seus derivados;

  • Amido. É formado por moléculas de glicose. São a maioria dos carboidratos, e, sem dúvida os mais ingeridos. Podemos citar as farinhas e tubérculos;

  • Sacarose. É formada de uma molécula de glicose + uma de frutose. Encontramos na cana-de-açúcar e frutas.

  • Glicose. A glicose em sua forma pura é encontrada apenas no mel. Não necessita ser quebrada, uma vez que já está na sua unidade absorvível.

Quando são quebrados em glicose, a unidade fundamental, essa glicose pode seguir por vários caminhos ou rotas metabólicas. A rota a ser seguida depende de fatores como o momento alimentar do indivíduo, exercício físico intenso e necessidade de ATP.

VIA GLICOLÍTICA OU GLICÓLISE

Essa é uma via constante no metabolismo, uma vez que a necessidade de ATP (energia) é constante. O que varia é a quantidade que é necessária no momento, por exemplo, quando estamos dormindo, estamos gastando energia nos processos vitais, como respiração. Esses processos gastam um número relativamente baixo de energia. Já quando estamos em algum exercício físico intenso, estamos gastando muito mais energia.

A via glicolítica tem como objetivo transformar a glicose em piruvato que, e em condições aeróbicas segue seu caminho pelo Ciclo de Krebs e cadeia respiratória. Em condições anaeróbicas o piruvato segue até etanol pela fermentação láctica.

A via começa com as moléculas de glicose provenientes do amido, da sacarose e da lactose. Já a frutose e a D-galactose entrarão posteriormente na via. A via passa por duas fases: a preparatória ou de investimento, onde há o gasto de 2 ATPs e a glicose de 6 carbonos se transforma em 2 moléculas de gliceraldeído-3-fosfato, cada uma com 3 carbonos. A segunda fase é a fase de pagamento, onde serão geradas 4 ATPs. Resumindo: essa via envolve 6 ATPs, pois utiliza 2, produz 4 e tem como saldo 2 ATPs.

REGULAÇÃO DA VIA

Percebe-se a importância da regulação quando entende-se que a célula precisa de uma concentração adequada e constante de ATP. Dessa forma, como não pode sobrar nem faltar, a regulação é bem controlada por efetores alostéricos 9 AQUIIII

As reações da glicólise são em sua grande maioria reversíveis, mas três delas são irreversíveis, e são justamente as de regulação da via.

A primeira reação já é controladora da via. A enzima hexoquinase catalisa a reação. Essa enzima é inibida pelo produto da sua reação, a glicose-6-fosfato. Quando os níveis desse produto estão altos, a enzima “tranca” a via, pois isso significa que já foi catalisada bastante glicose, e não há necessidade de gerar mais ATPs. A inibição ocorre no estado alimentado, geralmente após as refeições, quando os níveis de glicose sanguínea estão elevados. Nesse caso a glicose é armazenada na forma de glicogênio através da glicogênese.

A segunda reação da via é reversível e transforma a glicose-6-fosfato em frutose-6-fosfato. Aqui entra a molécula de frutose proveniente das frutas em sua forma livre ou da sacarose, e segue o caminho normal da via glicolítica.

Na terceira reação temos mais uma etapa controladora. Na reação catalisada pela fosfofrutoquinase-1 (PFK-1), vários efetores alostéricos agem. Na ativação temos a alta concentração de AMP (adenosina monofosfato), isso ocorre porque quando a concentração do AMP é elevada há pouca quantidade de ATP, ou seja, é preciso gerar mais ATP acelerando a via. A frutose-6-fosfato também ativa alostericamente essa reação, pois sua alta concentração indica que há muita glicose disponível para ser fosforilada.

O inverso ao que ocorre com o AMP também ocorre: quando há muito ATP, significa que está sendo produzido mais que consumido, e a PFK-1 é inibida, passando então a glicose a ir para outras vias, como glicogênese. Até mesmo o citrato encontrado no Ciclo de Krebs é um efetor alostérico, uma vez que o seu aumento indica que a quantidade de ATP necessário já foi produzida, reduzindo automaticamente as atividades da PFK-1.

A terceira e última regulação da via ocorre na fase de pagamento, onde na última reação, comandada pela enzima piruvato quinase vários efetores surgem. Inibindo a reação temos a alta concentração de ATP, novamente indicando que as necessidades energéticas foram alcançadas. O acetil-Coa e ácidos graxos de cadeia longa também inibem a reação, pois o Ciclo de Krebs gera muito mais energia que a glicólise não precisando assim dos ATPs que a via gera.

GLICOGÊNESE E GLICOGENÓLISE

São dois processos distintos, que envolvem o armazenamento e posteriormente a mobilização da glicose. São na verdade como duas etapas, onde primeiro a glicose é sintetizada até glicogênio e depois quando for necessário, essa reserva é utilizada normalmente na via glicolítica.

GLICOGÊNESE

A glicogênese sempre ocorre após as refeições quando os níveis de glicose no sangue estão altos e essa glicose precisa ser armazenada na forma de glicogênio. O glicogênio nada mais é do que cada unidade de glicose ligada a outra, no caso por ligações α(1→4). O glicogênio tem ramificações de ligações α(1→6), o que veremos ser de extrema importância na glicogenólise.

É a maior reserva de polissacarídeos nos animais, sendo que os maiores depósitos estão no fígado e nos músculos, armazenados nos grânulos intracelulares que também contém as enzimas que irão catalisar tanto a síntese como a degradação.

Na verdade essa rota, é o acréscimo de unidades de glicose a uma cadeia glicogênica já existente. A síntese é composta de apenas 3 reações, onde inicialmente a glicose-6-fosfato sobre a ação da glicomutase e se transforma em glicose-1-fosfato. Na segunda reação entra um UTP e a glicose fica ligada ao UDP, que será liberado no momento em que a glicose vai se ligar a cadeia de glicogênio ainda não-ramificado. A ramificação é o próximo passo realizado pela enzima ramificadora, que transfere um fragmento de 6 a 7 glicoses, as extremidade não-redutora da cadeia para o grupo OH do carbono 6 de uma glicose, formando a ligação α(1→6), que será o ponto da ramificação.

GLICOGENÓLISE

Ocorre durante o jejum de breve a prolongado quando não há glicose disponível no sangue para gerar ATP. Nesse caso, o glicogênio armazenado é disponibilizado para a via glicolítica por meio da glicogenólise, que é a clivagem ou quebra sequencial das ligações entre as unidades de glicose armazenadas liberando assim a glicose.

A clivagem ocorre sempre na extremidade não redutora da cadeia, e o rompimento das ligações α(1→4) ocorre por fosforólise, liberando glicose-1-fosfato. Essas unidades de glicose são removidas uma a uma, até restarem 4 resíduos apartiro do ponto de ramificação α(1→6). Nesse caso 3 desses resíduos são transferidos para a extremidade não redutora de outra ramificação, ficando apenas um resíduo com a ligação α(1→6). Para quebrar essa ligação ocorre a hidrólise pela enzima desramificadora, resultando também em glicose-1-fosfato e liberada para a circulação para chegar aos tecidos que as necessitam.

REGULAÇÃO DA GLICOGÊNESE E GLICOGENÓLISE

A regulação dessa via tem como finalidade evitar a perda de energia e para que as quantidades de energia liberadas sejam de acordo com o que o organismo necessita. A síntese do glicogênio é regulada pela glicogênio-sintase e a clivagem pela glicogênio-fosforilase, quando estas variam entre suas formas ativas (a) e forma inativa (b). essas enzimas são reguladas pelos hormônios insulina, glucagon e adrenalina ou por estímulos nervosos.

Essa regulação é extremamente complexa e ocorre de duas maneiras:

  • Por controle alostérico: a clivagem do glicogênio é ativada pela alta concentração de AMP (significando que há necessidade de produzir ATP), e inibida pela alta concentração de glicose-6-fosfato e ATP, significando que as necessidade energéticas foram já alcançadas;

A síntese do glicogênio ocorre exatamente ao contrário onde valores elevados de ATP e glicose-6-fosfato ativam a rota e valores elevados de AMP inibem a rota.

  • Por modificação covalente: como já percebemos quando uma enzima está ativa, a outra está inativa. Essa transição entre as formas ativa-inativa, depende de vários fatores. Por exemplo, para ativar a glicogênio fosforilase são necessárias mais três enzimas: a fosforilase-quinase, proteína-quinase dependente de AMPc e fosfoproteína-fosfatase-1. Devido a essa complexidade não me detalharei muito sobre essa regulação.

Mas, de modo geral, como já foi visto, npiveis altos de glicose no sangue ativam a síntese e níveis baixos estimulam a clivagem.

Vale ressaltar ainda que o glicogênio degradado, ou seja a glicose que ele libera entra na via glicolítica bem no início como moléculas de glicose.

VIA DAS PENTOSES FOSFATO

Dividida em etapa oxidativa e etapa não oxidativa, essa via ocorre no citosol e é uma rota alternativa à via glicolítica, ela não precisa e nem produz ATPs. Mesmo assim é muito importante, principalmente por produzir ribose-5-fosfato que é componente essencial dos ácidos nucléicos. O NADPH também é importante como transportador de elétrons. Esse processo também tem sua velocidade controlada, no caso pela enzima glicose-6-fosfato-desidrogenase, cuja deficiência causa anemia. Altas taxas de açúcar no sangue também ativam essa via uma vez que não há necessidade do uso de toda a glicose na geração de ATP.

GLICONEOGÊNESE

A gliconeogênese é a síntese de glicose a partir de precursores não carboidratos. Isso acontece nos jejuns muito longos ou exercícios físicos intensos, onde não há mais glicose disponível e nem glicogênio, mas as necessidades energéticas precisam ser saciadas, assim entra em cena a gliconeogênese que ocorre no fígado.

Podem servir como fontes para a gliconeogênese o piruvato, o lactato, o glicerol e a maioria dos aminoácidos.

Tendo o piruvato como partida, a gliconeogênese é o inverso da glicólise, é o caminho inverso, de volta. Diferença são as três reações irreversíveis (as que controlam a via glicolítica). Nas duas últimas reações irreversíveis da gliconeogênese, o problema é resolvido simplesmente com outras enzimas, mas na primeira um sistema mais complexo é exigido.

Na primeira reação o piruvato se converte em oxaloacetato, pela piruvato-carboxilase. A membrana mitocondrial interna é impermeável ao oxaloacetato que então se reduz em L-malato que atravessa a membrana e sofre a reação reversa em oxaloacetato. O oxaloacetato é descarboxilado à fosfoenolpiruvato. A partir daí segue o caminho e como já foi citado, nas duas outras reações irreversíveis, possui enzimas próprias que resolvem o problema.

REGULAÇÃO DA GLICONEOGÊNESE

A velocidade dessa via depende, principalmente, da disponibilidade dos substratos, de efetores alostéricos e hormônios. As dietas ricas em gorduras, jejuns e inanição favorecem a gliconeogênese pois os substratos (lactato, glicerol, aminoácidos) estão elevados. De modo geral, elevados índices do hormônio glucagon ativam as enzimas que regulam essa via. Isso faz sentido uma vez que o glucagon sinaliza que os níveis de glicose estão baixos no sangue, portando ela não está disponível para a via glicolítica e é a hora da gliconeogênese entrar em ação e fornecer essa glicose para que os níveis de ATP permaneçam constantes.

PIRUVATO

Como resultado da via glicolítica temos o piruvato, seu produto final. Esse piruvato pode ter caminhos distintos, dependendo das condições apresentadas no momento.

DE PIRUVATO A LACTATO

Durante o exercício físico intenso, quando o músculo esquelético está com pouco suprimento de oxigênio, ocorre a fermentação láctica, onde o piruvato se reduz a lactato. Isso também ocorre porque não há o oxigênio necessário para que o piruvato entre no Ciclo de Krebs.

DE PIRUVATO A ETANOL

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