Baixe Metabolismo: Catabolismo, Anabolismo e Glicólise - Prof. Mota Ortiz e outras Resumos em PDF para Bioquímica Médica, somente na Docsity!
METABOLISMO DE
CARBOIDRATOS
INTRODUÇÃO AO METABOLISMO:
Metabolismo é o conjunto de reações que ocorrem no meio celular com o objetivo de degradar (catabolismo) ou sintetizar (anabolismo). O catabolismo é um processo metabólico que consiste em degradar as macromoléculas para recuperar energia. Em contrapartida, o anabolismo é um processo metabólico que sintetiza a biomoléculas a partir de componentes mais simples. A energia fornecida para os processos anabólicos é fornecida na forma de ATP (ADP + P) ou por meio da redução da coenzima NADP a NADPH.
ADENOSINA TRIFOSFATO (ATP):
É um nucleotídeo responsável por participar das reações de transferências de energia da célula (principal fonte de energia). Reações de catabolismo, respiração e fermentação são consideradas reações exergônicas e liberam
energia. Enquanto, reações de anabolismo, movimentação e transporte ativo são reações endergônicas e absorvem energia. Dessa forma, apesar de serem opostas, quando ocorrem de modo articulado, é aproveitado o máximo de energia. É a energia química do ATP que será utilizada para promover os processos biológicos que consomem energia.
NAD, NADP, FAD:
São transportadores de elétrons na célula. Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo (NAD+): é uma coenzima composta por um dinucleotídeo com adenina. Tem a capacidade de pegar 1 par de elétrons do hidrogênio em reações de catabolismo e liberar 1 par de elétrons no anabolismo. ● Reação de oxirredução do NAD: NAD+ + 2e- + 2H+ → NADH + H+ ● Legenda: ➔ NAD+: forma oxidativa (pega elétrons). ➔ NADH: forma reduzida (doa elétrons). Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo Fosfato (NADP): estrutura semelhante ao NAD, porém possui 1 fosfato a mais. Atua de modo igual ao NAD. ● Reação de oxirredução é: NADP + 2e- + 2H+ → NADPH2. ● Legenda: ➔ NADP: forma oxidativa. ➔ NADPH2: forma reduzida. Flavina Adenina Dinucleotídeo (FAD): nucleotídeo com adenina como o NAD. Atua no catabolismo reduzindo-se e, no anabolismo, oxidando-se.
CARBOIDRATOS:
Os carboidratos são moléculas à base de carbono que são ricas em grupos hidroxila. Com efeito, a fórmula empírica de muitos carboidratos é (CH2O)n – literalmente, um hidrato de carbono. Esses açúcares simples servem não apenas como fontes de energia, mas também como componentes fundamentais dos sistemas vivos. Por exemplo, o DNA possui um esqueleto constituído de grupos fosforila alternados e desoxirribose, um
OBS.: antes de entrar o alimento na boca, já ocorre a liberação da saliva por estímulos visuais, olfativos, auditivos… O bolo alimentar passa para o esôfago que é o órgão responsável pelo transporte até o estômago. Esse transporte só ocorre devido aos movimentos peristálticos (iniciado antes de comer e depois, se intensifica com a mastigação) e liberação de muco. No estômago, a α-amilase salivar é inativada pelo pH baixo. Isso, porque quando o bolo alimentar chega na região antral do estômagos, as células G estimulam a secreção de gastrina, estimulando a secreção de ácido clorídrico (HCL), o que acarreta em redução do pH gástrico a valores menores que 4, inibindo a α-amilase. O bolo alimentar se transforma em quimo. No duodeno ocorre a liberação do hormônio secretina pelas células S. A secretina é responsável pelo estímulo da produção e secreção do suco pancreático pelo pâncreas exócrino. Esse suco pancreático contém α-amilase pancreática, bile e bicarbonato de sódio (responsável pelo aumento do pH), gerando os monossacarídeos. No jejuno superior ocorre a maior parte da absorção dos monossacarídeos. Lá tem proteínas transportadoras que fazem os monossacarídeos saírem dos enterócitos e entrarem nos hepatócitos. ● GLUT-1: Os transportadores de glicose tipo 1 estão amplamente difundidos por todo o corpo, sendo responsáveis pelo nível basal de glicose celular. É expresso nas células endoteliais, sendo responsável pelo transporte de glicose através da barreira hemato-encefálica. A expressão de GLUT1 relaciona-se com o crescimento do cérebro, sendo este transportador mais abundante na infância e fase de desenvolvimento. ● GLUT-2: O transportador de glicose tipo 2 possui a maior cinética entre os GLUT, está presente nos hepatócitos, células β pancreáticas, mucosa intestinal e rins. A alta afinidade do transportador com a glicose promove que o transporte às essas células seja proporcional à glicemia. Na célula intestinal após a absorção e reabsorção de glicose no rim é via GLUT2 que a molécula dos monossacarídeos entra na circulação porta. ● GLUT-3: considerados responsáveis pelo transporte de glicose ao cérebro → proporciona o transporte da glicose do astrócito ao neurônio. Está associado à maturação funcional, quanto mais maduro e evoluído maior a expressão deste transportador. ● GLUT-4: são os transportadores insulina-dependente, mais abundante nas
membranas celulares do músculo esquelético, cardíaco e tecido adiposo. ➔ No fígado: a insulina inibe glicogenólise e gliconeogênese e estimula síntese de glicogênio ➔ Na musculatura esquelética estimula a: captação de glicose e síntese de glicogênio ➔ No tecido adiposo estimula a captação de glicose e redução da liberação de ácidos graxos e síntese de triglicerídeos, estimula a entrada de aminoácidos nas células para promover a síntese proteica. ● GLUT-5: uma proteína transportadora de frutose, com pequena ou nenhuma afinidade pela glicose. ● GLUT-6: Dois genes codificantes, denominados por alguns autores como pseudogenes não funcionais são responsáveis pela expressão dos GLUT6, possivelmente encontrados nos leucócitos. A galactose e glicose são transportadas por transporte ativo secundária com suporte de íons sódio.A frutose possui o GLUT-5 como transportador monossacarídeo independente de energia e sódio. Os estoques de glicogênio em tecidos animais (principalmente no fígado e no músculo esquelético) e em microrganismos podem ser mobilizados, para o uso da mesma célula, por uma reação fosforolítica catalisada pela glicogênio-fosforilase.
GLICÓLISE:
Consiste em uma série de reações que metabolizam 1 molécula de glicose em 2 moléculas de piruvato e 2 moléculas de ATP. A glicose ocupa uma posição central no metabolismo de plantas, animais e muitos microrganismos. Ela é relativamente rica em energia potencial e, por isso, é um bom combustível; a oxidação completa da glicose a dióxido de carbono e água ocorre com uma variação da energia livre padrão de -2.840 kJ/mol. Por meio do armazenamento da glicose na forma de polímero de alta massa molecular, como o amido e o glicogênio, a
transferência de grupos fosforila, formados durante a glicólise; e (3) a transferência de um íon hidreto para o NADH, formando NADH. O piruvato é destinado para 3 rotas
catabólicas: ● O primeiro destino do piruvato ocorre em organismos aeróbicos, o piruvato é oxidado, com a perda do grupo carboxila, originando CO2 para gerar o grupo acetila da acetil-coenzima A (acetil-CoA). O grupo acetila é oxidado pelo CO2, no ciclo do ácido cítrico e, os elétrons originados dessas oxidações são transportados na cadeia transportadora, se ligando ao O2, formando H2O. A energia liberada nas reações de transferência de elétrons impulsiona a síntese de ATP na mitocôndria. ● O segundo destino do piruvato é a fermentação láctica. Ocorre quando os músculos esqueléticos trabalham em condições de hipóxia (baixa concentração de O2), o NADH não consegue ser reoxidado a NAD. Dessa forma, não tem receptor de elétrons para a oxidação do gliceraldeído-3-fosfato. Por isso, o piruvato é reduzido a lactato, recebendo os elétrons do NADH regenerando a NAD para fazer a glicólise. ● O terceiro destino do piruvato é a fermentação alcoólica. Ocorre em laguna organismos invertebrados (protistas e microrganismos), sob condições de hipóxia ou em condições anaeróbicas.
CICLO DE KREBS OU CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO:
Trata-se de uma via catabólica cíclica de oxidação total da glicose a CO2 e H2O, com liberação de energia. Tal processo só ocorre em condições aeróbicas, na matriz mitocondrial. O piruvato gerado no citosol pela glicólise é um ponto central no metabolismo dos carboidratos, das gorduras e das proteínas. O piruvato que entra na mitocôndria, após conversão em acetil-CoA, por meio da descarboxilação oxidativa pelo complexo piruvato desidrogenase, pode ser oxidado pelo ciclo do ácido cítrico para gerar energia ou pode ser utilizado como precursor para a síntese de ácidos graxos e esteróis. Para a síntese de acetil-CoA a partir do piruvato, são realizadas as seguintes reações:
1. Descarboxilação: o piruvato se liga com a enzima Componente piruvato desidrogenase (TPP ou E1) e, é descarboxilado, produzindo hidroxietil-TPP. 2. Oxidação: o grupo hidroxietila fixa-se ao TPP e é oxidado para formar o grupo acetila. Depois, é transferido para a lipoamida (derivado do ácido lipóico ligado à cadeia lateral de um resíduo de lisina por uma ligação amida). Nessa reação, o oxidante é o grupo dissulfeto da lipoamida, que é reduzido à sua forma
formando o α-cetoglutarato (também chamado de oxoglutarato, composto de 5 carbonos). Para esse processo ocorrer, é necessário que esteja presente o Mn+2.
- Formação do succinil-CoA: O α-cetoglutarato perde 1 molécula de CO2, formando o succinil-CoA. O NAD+ é o aceptor de elétrons e o CoA é o transportador de succinila. A energia da oxidação do α-cetoglutarato é conservada pela formação da ligação tioéster da succinil-CoA.
- Formação do succinato: A succinil-Coa, como a acetil-CoA, tem uma ligação tioéster com uma energia livre padrão de hidrólise grande e negativa (∆G′° de cerca de − 36 kJ/mol). Na próxima etapa do ciclo do ácido cítrico, a energia liberada pelo rompimento dessa ligação é utilizada para impelir a síntese de uma ligação fosfoanidrido no GTP ou no ATP, com um ∆G′° de apenas 22,9 kJ/mol. O succinato é formado neste processo, por meio da enzima que catalisa a reação reversível chamada de succinil-CoA-sintetase ou succinato-tiocinase.
- Oxidação de succinato a fumarato: O succinato formado a partir da succinil-CoA é oxidado a fumarato pela flavoproteína succinato-desidrogenase. Essa enzima contém três grupos ferro-enxofre diferentes e uma molécula de FAD covalentemente ligada. Os elétrons do succinato passam pelo FAD e pelos centros de ferro-enxofre antes de entrarem na cadeia de transporte de elétrons da membrana mitocondrial interna. Gera 1,5 ATP.
- Hidratação de fumarato a malato: A hidratação reversível do fumarato a l-malato é catalisada pela fumarase (também chamada de fumarato-hidratase).
- Oxidação do malato a oxalacetato: Na última reação do ciclo do ácido cítrico, a l-malato desidrogenase catalisa a oxidação do l-malato a oxalacetato, acoplada à redução do NAD+ a NADH, estando pronto para reagir com a acetil-CoA. OBS.: Em cada rodada do ciclo entra um grupo acetila (dois carbonos) na forma de acetil-CoA, e são removidas duas moléculas de CO2.
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA:
Começaremos nosso estudo da fosforilação oxidativa examinando as reações de oxirredução que possibilitam o fluxo de elétrons do NADH e do FADH2 para o oxigênio. O fluxo de elétrons ocorre em quatro grandes complexos proteicos que estão inseridos na membrana mitocondrial interna e que, em seu conjunto, são denominados cadeia respiratória ou cadeia de transporte de elétrons. A geração de NADH e FADH2 pela oxidação da acetil-CoA ocorreu no ciclo de Krebs. Na fosforilação oxidativa, os elétrons do NADH e FADH2 são responsáveis pela redução do
CONCLUSÃO:
Para cada molécula de glicólise, que foi oxidada o saldo de energia foi de: ● glicólise: 2 ATP + 2 NADH ● ciclo de Krebs: 2 ATP + 6 NADH + 2 FADH2. ● cadeia respiratória: 28 ATP. ● Totalizando 32 ATPs produzidos pela respiração aeróbica. A glicose pode ter vários destinos no organismo humano: ● glicose → glicólise → ácido pirúvico → fermentação ou respiração celular. ● glicose → produtos específicos. ● glicose→ glicogênio.
GLICOGÊNESE:
Trata-se da síntese de glicogênio por meio da glicose, esse processo ocorre no citoplasma e requer ATP e UTP para a fosforilação da glicose. OBS.: tal processo é estimulado pela ação da insulina.
- A glicose se transforma em glicose 6-fosfato, por meio da enzima glicoquinase (gasta 1 ATP).
- A glicose 6-fosfato muda a sua estrutura, transformando-se em glicose 1-fosfato, por meio da enzima fosfoglicomutase.
- Ocorre a formação da UDP-glicose, por meio da enzima UDP-glicose pirofosforilase que age sobre a glicose 1-fosfato.
- É retirado o UDP da glicose por meio da enzima glicogênio sintase, com a finalidade de obter energia para ligar os resíduos de glicose por meio da proteína glicogenina. O glicogênio é uma cadeia muito ramificada e, a enzima glicogênio sintase só é capaz de alongar a cadeia formando ligações ⍺1,4 e, as ramificações são formadas pela enzima ramificadora que forma ligações ⍺1,6 num bloco de 11 oses transferindo para um bloco de 7 oses com terminal não redutor.
GLICOGENÓLISE:
É a degradação do glicogênio e formação da glicose, por meio da clivagem das ligações glicosídicas (⍺1,4) sob ação da enzima glicogênio fosforilase. Tal processo ocorre quando se está em jejum sob influência do Glucagon.
- A enzima glicogênio fosforilase age no glicogênio adicionando 1 molécula de fosfato inorgânico, gerando a glicose 1-fosfato
- A glicose 1-fosfato transforma-se em glicose 6-fosfato sob ação da enzima fosfoglicomutase.
- Sob a ação da glicose 6-fosfatase, a glicose 6-fosfato transforma-se em glicose livre e, essa, por sua vez, entrará em glicólise para gerar ATP. É importante ressaltar que as vias não ocorrem simultaneamente juntamente pela ação hormonal. Além disso, o glicogênio é a principal fonte de energia armazenada no corpo.
FERMENTAÇÃO LÁCTICA:
Após a glicólise, forma-se piruvato e, sob condições anaeróbicas, a enzima lactato desidrogenase, transforma o piruvato em lactato com a oxidação do NADH em NAD+. Esse processo é realizado por bactérias e pelos humanos (contração muscular).
