Apostila de proteínas

Apostila de proteínas

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Unidade I 1.6. Metabolismo

Uma das principais funções da bioquímica é estudar o metabolismo celular, ou seja, a maneira como a célula sintetiza e degrada moléculas dentro de um processo coordenado para garantir sua sobrevivência com o máximo de economia energética.

O anabolismo (síntese das biomoléculas) é sempre um processo que necessita de energia para que ocorra. Isto é típico de situações onde o estado energético celular está com excesso de substratos para a síntese e, portanto, há bastante energia disponível no meio celular.

De maneira inversa, o catabolismo irá liberar energia quando as biomoléculas forem degradadas. Isto acontecerá sempre quando houver necessidade energética e as moléculas degradadas funcionarão como os substratos para a liberação de energia que o meio celular necessita.

Anabolismo e catabolismo correspondem a processos antagônicos, mas que ocorrem de maneira articulada permitindo a maximização da energia disponível dentro da célula. Dentro desse ponto de vista, cada molécula degradada libera energia para o meio que será utilizada por alguma reação de síntese num acoplamento perfeito das reações endergônicas e exergônicas.

As biomoléculas energéticas são os carboidratos, lipídios e proteínas que são obtidas em grandes quantidades durante a alimentação ou são mobilizadas das reservas orgânicas quando são ingeridas em quantidade insuficiente na alimentação ou quando o consumo energético aumenta grandemente (p.ex.: durante a realização de exercícios físicos).

A forma final de absorção da energia contida nessas moléculas se dá na forma de ligações de alta energia do ATP o qual é sintetizado nas mitocôndrias por processos oxidativos que utilizam diretamente o O2. Desta forma, é essencial a presença de mitocôndrias e de oxigênio celular para o aproveitamento energético completo das biomoléculas. Quando não há mitocôndrias (p.ex.: nas hemácias) ou quando a quantidade de O2 disponível é insuficiente (p.ex.: em células musculares submetidas a extremo esforço físico), o metabolismo anaeróbico ocorre.

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Entretanto, enquanto o metabolismo aeróbico é comum a todas as biomoléculas energéticas, o metabolismo anaeróbico é exclusividade dos carboidratos, onde o produto final lactato pode ser reciclado e gerar novas moléculas de glicose (através da gliconeogênese), num processo que necessita de mitocôndrias. Não só o lactato é convertido em glicose por esta via, mas várias outras moléculas como aminoácidos e o glicerol.

Algumas vias metabólicas são exclusivas de algumas biomoléculas, como é o caso da síntese de glicogênio a partir de glicose e da síntese de uréia no fígado, a partir do grupamento amino dos aminoácidos. Alguns processos, entretanto são comuns a todas as biomoléculas, como é o caso da neoglicogênese que utiliza como substrato o lactato proveniente do metabolismo da glicose, o glicerol proveniente dos ácidos graxos e vários aminoácidos.

Nas hemácias, em particular, uma via metabólica não mitocondrial (a via da pentose-fosfato) produz grandes quantidades de NADPH que possui função antioxidante e constitui importante rota metabólica nesta célula, apesar de também ocorrer em tecidos onde a síntese biológica é alta (p.ex.: nos hepatócitos).

O metabolismo é dividido, didaticamente, em três estágios distintos onde a produção de energia será disponibilizada a partir de substratos específicos (Figura 2).

1.6.1. Metabolismo energético

Introdução

O ser vivo alimenta-se para satisfazer duas necessidades básicas:

1. Obter substâncias que lhe são essenciais; 2. Energia para a manutenção dos processos vitais.

Os animais necessitam, além do oxigênio, água e minerais, de certas substâncias orgânicas que eles não são capazes de sintetizar, como aminoácidos indispensáveis, ácidos graxos essenciais e vitaminas.

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Figura 2 – As três fases do metabolismo.

Além desses compostos essenciais, necessitam de energia que é requerida para a manutenção de diversas funções orgânicas, incluindo respiração, circulação, atividade física e manutenção da temperatura corporal.

A energia dos alimentos é liberada no organismo pela oxidação, produzindo a energia química necessária para manter o:

Metabolismo;

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Transmissão dos impulsos nervosos; Respiração;

Circulação e atividade física.

O calor que é gerado durante esse processo é usado para a manutenção da temperatura corporal.

Os principais nutrientes que fornecem energia para o organismo são:

Carboidratos; Lipídios;

Proteínas.

O balanço energético de um indivíduo depende do:

Seu consumo; Seu gasto energético.

O desbalanço entre eles resulta no:

Ganho ou na perda de componentes corporais; Principalmente na forma de gordura;

Determina as alterações no peso corporal.

O requerimento, ou a necessidade estimada de energia (EER), é definido como o consumo de energia que é previsto para manter o balanço energético de um adulto saudável de determinada:

Idade, sexo, peso, altura e nível de atividade física, compatível com um bom estado de saúde.

1.7. Princípios de calorimetria

O interesse em conhecer a origem do calor produzido pelos animais norteou os primeiros trabalhos sobre calorimetria, e deles se descobriu que a produção de calor resulta dos processos de oxidação dentro da célula. Quando os produtos derivados dos alimentos são oxidados, existe uma produção de calor, da mesma forma da que quando uma substância é queimada fora do organismo. A combustão, não tão intensa, é realizada com a ajuda de

19 6° PERÍODO complicadas reações enzimáticas, mas ao final ela é uma oxidação que gera calor ou outras formas de energia.

A principal vantagem biológica da oxidação não é, entretanto, a produção de calor para aquecer o corpo, e sim a transformação da energia contida nos alimentos em uma forma de energia utilizável para o trabalho animal interno e externo. O calor produzido como um resultado final da oxidação biológica é benéfico para a manutenção da temperatura corporal, mas ele não tem valor para a realização do trabalho, sendo considerado um subproduto do metabolismo.

A fonte de energia útil para os animais é a energia química fornecida pelos alimentos.

A oxidação dos alimentos provê energia química para as reações celulares. Uma vez que a energia é transformada de uma forma para outra (como ocorre no metabolismo dos nutrientes na célula), a capacidade da energia total para desenvolver trabalho diminui. Quando macromoléculas de carboidratos, lipídios e proteínas são quebradas em fragmentos progressivamente menores, por meio das enzimas do metabolismo intermediário, a mudança é de estado altamente organizado para um desorganizado (maior entropia).

1.7.1. Métodos para determinar o valor energético dos alimentos

Calorimetria direta

O conteúdo calórico total, ou energia total disponível de um alimento, pode ser medido por meio de bomba calorimétrica ou calorímetro.

O equipamento:

Consiste de um recipiente de metal fechado que é imerso em um volume de água conhecido, no qual o alimento é queimado;

A amostra do alimento de peso conhecido é queimada em uma atmosfera de oxigênio acesa por uma descarga elétrica;

A elevação da temperatura da água após a combustão do alimento pode ser usada para calcular a energia calorífica ou as calorias geradas.

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Cada alimento tem seu valor calórico específico. Isto é, dada quantidade de alimento irá liberar certo número de calorias quando metabolizado. As calorias liberadas dependem da composição do alimento em termos de proteínas, lipídios, carboidratos e álcool.

1.7.2. Bomba calorimétrica

As partes do conjunto do calorímetro, incluindo a:

A bomba calorimétrica (E) e o termômetro diferencial (F); O calorímetro é equipado com um agitador elétrico (A), que é conectado a uma fonte (B) que faz a ignição da pastilha no interior da bomba;

O recipiente maior (C) garante um certo isolamento térmico da bomba e do recipiente com água (D).

A figura mostra o conjunto do calorímetro montado. O fio de ignição é ligado ao contato elétrico da bomba calorímetrica, o agitador está fixado ao calorímetro e conectado á fonte, a bomba calorimétrica está imersa em água no recipiente próprio dentro o calorímetro, o termômetro está preso ao suporte e a tampa fechada.

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A figura mostra, da esquerda para a direita, a montagem da bomba calorimétrica. Primeiro a pastilha é fixada aos contatos elétricos da tampa que contém ainda as válvulas de entrada e saída de gases. Esta peça é assentada na abertura da bomba sobre anéis de vedação. A bomba é fechada com uma tampa rosqueada e vazada para permitir o acesso às válvulas e contato elétrico.

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A quantidade de calor produzida por 1 g de amostra purificada de proteínas, lipídios, carboidratos e álcool queimados em uma bomba calorimétrica está apresentada na Tabela 1.

Tabela 1 – Caloria produzida por 1 g de carboidrato, lipídio, proteína e álcool queimados em bomba calorimétrica.

Nutrientes Kcal/g

No corpo, alguns alimentos não são totalmente digeridos e absorvidos.

Portanto, é importante o grau em que um nutriente ingerido está disponível para as células. Normalmente, cerca de 98% de carboidratos, 95% de lipídios e 92% de proteínas são absorvidos. Todavia, há ampla variação na digestibilidade das proteínas.

A caloria liberada dos carboidratos e lipídios utilizados pelas células no corpo é quase a mesma que na bomba calorimétrica ou no calorímetro, já que são completamente oxidados em CO2 e H2O. Isso não é válido para as proteínas. O grupo amina (NH2) dos aminoácidos não é oxidado no corpo como na bomba calorimétrica, mais é excretado na urina, principalmente como uréia.

Assim, os fatores fisiológicos de combustão devem ser corrigidos, conforme Tabela 2.

Os valores de 4, 9 e 4 kcal por grama de proteína, lipídio e carboidrato, respectivamente, podem ser utilizados para fins práticos na estimativa de valor calórico dos alimentos.

O álcool fornece 7 kcal/g, o que se chama de calorias vazias, já que não contribui para a nutrição, além de exercer efeitos tóxicos. É obrigatoriamente oxidado, principalmente no fígado, cuja capacidade máxima é de 160 a 180 g de etanol/dia.

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Tabela 2 – Fatores fisiológicos de combustão para nutrientes energéticos.

Carboidrato Lipídio Proteína

Combustão em bomba calorimétrica (kcal/g) 4,10 9,45 5,65

Perda devida à combustão incompleta de compostos nitrogenados (kcal/g)

Digestibilidade (%) 98 95 92

Fator fisiológico para os combustíveis (kcal/g) 4 9 4

(KJ/g) 17 38 17

1.8. Calorimetria indireta

O valor energético do alimento é calculado medindo-se a quantidde de

O2 necessária para a combustão completa de uma amostra de peso conhecido. A quantidade de O2 consumido está diretamente relacionada ao valor energético do alimento. São oxidados a CO2, H2O e óxido de N2. O oxicalorímetro é o instrumento usado para determinar o valor energético do alimento.

1.8.1. Metabolismo basal e de repouso

A taxa de metabolismo basal (TMB) corresponde à taxa do gasto energético que ocorre em estado pós-absortivo, definido como a condição do organismo após uma noite de jejum de 12 a 14 h, repousando confortavelmente em posição supina, acordado, porém sem movimentos, em um ambiente termoneutro. Essa condição padronizada de estado metabólico,

24 6° PERÍODO metabolismo basal, corresponde a uma situação em que os alimentos e a atividade física exercem influência mínima no metabolismo.

A TMB, portanto, reflete a energia necessária para manter as atividades das células e dos tecidos, mais a enegia necessária para manter a:

A circulação sanguínea; A respiração;

As funções gastrointestinais e renais.

A TMB corresponde a cerca de 5 a 10% menos do que a taxa metabólica durante o sono. É geralmente extrapolada para as 24 horas do dia e, dessa forma, referida como os gasto energético basal (GEB). A taxa de metabolismo de repouso (TMR), que corresponde à energia gasta em condições de repouso, período pós-prandial, tende a ser de 10 a 20% maior que a TMB, devido ao efeito térmico dos alimentos ou termogênese induzida pela dieta (TID) ou pelo efeito residual da atividade física praticada recentemente.

Os gastos energéticos basal, de repouso e do sono estão relacionados com:

A massa corporal, mais especificamente com a massa livre de gordura, que corresponde ao peso corporal menos o peso da massa gorda;

A massa livre de gordura geralmente responde 70 a 80% do porcentual de variação da TMR.

Outros fatores como:

Sexo; Idade;

Composição corporal;

Estado nutricional;

Alterações endócrinas;

Especialmente hipo e hipertireoidismo, também afetam a TMR.

1.8.2. Fatores que influenciam o metabolismo basal

25 6° PERÍODO a) Área de superfície: quanto maior a superfície corpórea ou área cutânea, maior a quantidade de calor perdida, aumentando a necessidade de calor a ser produzido pelo organismo. Uma pessoa alta e magra com percentual de gordura adequado tem área de superfície maior e, consequentemente, um metabolismo basal mais alto do que um indivíduo baixo e corpulento do mesmo peso e sexo. Já que a massa muscular é o tecido metabolicamente mais ativo.

b) Sexo: as mulheres, em geral, têm metabolismo 5 a 10% menor do que os homens, mesmo quando da mesma altura e peso.

c) Gravidez: o metabolismo basal da gestante aumenta em razão da elevada atividade de órgãos, como coração, pulmões e outros, e da maior demanda de

O2. Alguns pesquisadores acreditam que o aumenta seja de 20 a 28% acima do normal.

d) Idade: a taxa de MB é maior durante os períodos de crescimento rápido, principalmente no primeiro e segundo anos, e alcançam um pico menor nos anos de puberdade e adolescência em ambos os sexos. A TMB declina cerca de 2% por década de vida durante a vida adulta.

e) Composição corporal: o tecido adiposo diminui a taxa de metabolismo basal, pois requer menos oxigênio e, portanto, tem taxa metabólica menor que o tecido muscular.

f) Glândulas endócrinas: a secreção d glândula tireóide influencia o metabolismo mais que qualquer outra secreção endócrina:

- Hipotireoidismo pode diminuir de 30 a 40% o MB;

- Hipertireoidismo pode elevar o MB em até 80%.

g) Estado nutricional: nos desnutridos crônicos, a taxa do MB é menor devido à menor quantidade de tecido ativo; h) Clima: o MB das pessoas que vivem nos trópicos é menor que o daquelas que vivem em locais de clima frio. O uso de roupas apropriadas compensa a diferença;

26 6° PERÍODO i) Febre: infecções ou febre aumentam a TMB em cerca 13% para cada grau acima de 37°C.

1.9. Cálculo da taxa de metabolismo basal (TMB)

O método usado para obtenção da TMB depende do grau de precisão desejado. Quando um conhecimento preciso é importante, deve ser obtido por calorimetria. Se for suficiente uma estimativa geral da TMB, usualmente são utilizadas tabelas-padrão. A estimativa da TMB (kcal/dia), segundo a FAO/OMS (1985), baseada no peso (kg), idade e sexo está representada na Tabela 3 e FAO (2001) representada na Tabela 4.

Tabela 3 – Equações para estimativa da TMB segundo a faixa etária e o sexo.

Idade Masculino Feminino

O peso ideal pode ser estimado pelo cálculo do Índice de Massa

Corporal (IMC), que representa a relação entre o peso (kg) e o quadrado da altura (m). Na Tabela 5 estão representados os valores recomendados para classificação segundo a OMS (1995; 1998) (Tabela 4):

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