Metabolismo dos Carboidratos
Os carboidratos, as biomoléculas mais abundantes na natureza, são as
fontes universais de nutrientes para as células humanas. A glicose é o
carboidrato mais importante. Nas células, a glicose é degradada ou armazenada
por diferentes vias. A glicólise transforma a glicose em duas
moléculas de piruvato (ou lactato) posteriormente, degradado para a produção de
energia. O glicogênio, a forma de armazenamento da glicose nos mamíferos, é
sintetizado pela
glicogênese. As reações da glicogenólise desdobram
o glicogênio em glicose. É também possível sintetizar glicose a partir de
precursores não− carboidratos pelo mecanismo chamado gliconeogênese. A via das
pentoses− fosfatoconverte a glicose em ribose−5−fosfato (o
açúcar utilizado para a síntese dos nucleotídeos e ácidos nucléicos) e outros
tipos de monossacarídeos. O NADPH, um importante agenteredutor celular, é
também produzido por essa via.A síntese e o uso da glicose, o principal
combustível da maioria dos organismos, é o foco de discussão do metabolismo dos
carboidratos. Nos vertebrados, a glicose é transportada através do corpo pelo
sangue. Quando as reservas de energia celular estão baixas, a glicose é
degradada pela via glicolítica. As moléculas de glicose não necessárias para a
imediata produção de energia, são armazenadas como glicogênio no fígado e
músculo. Dependendo das
necessidades metabólicas da célula, a glicose pode também ser empregada
para sintetizar outros monossacarídeos, ácidos graxos e certos aminoácidos.
Digestão e absorção dos carboidratos
Os principais carboidratos da dieta são: o amido, a sacarose e a
lactose. O glicogênio, a maltose, a glicose livre e a frutose livre constituem
frações relativamente menores de carboidratos ingeridos. A absorção dos
carboidratos pelas células do intestino delgado é realizada após hidrólise dos
dissacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos em seus componentes
monossacarídeos. As quebras ocorrem seqüencialmente em diferentes segmentos do
trato gastrointestinal por reações enzimáticas:
1. α-Amilase salivar. A digestão do amido inicia durante a
mastigação pela ação α-amilase salivar (ptialina) que hidrolisa as
ligações glicosídicas α(1→4), com a liberação de maltose e
oligossacarídeos. Contudo, a α-amilase salivar não contribui significativamente
para a hidrólise dos polissacarídeos, devido ao breve contato entre a enzima e
o substrato. Ao atingir o estômago, a enzima é inativada pelo baixo pH
gástrico.
2. α-Amilase pancreática. O amido e o glicogênio são hidrolisados no
duodeno em presença da α-amilase pancreáticaque produz maltose como
produto principal e oligossacarídeos chamados dextrinas – contendo em média
oito unidades de glicose com uma ou mais ligações glicosídicas α(1→6). Certa
quantidade de isomaltose (dissacarídeo) também é formada.
3. Enzimas da superfície intestinal. A hidrólise final
da maltose e dextrina é realizada pela maltase e a dextrinase,presentes
na superfície das células epiteliais do intestino delgado. Outras
enzimas também atuam na superfície das células intestinais: a isomaltase, que
hidrolisa as ligações α(1→6) da isomaltose, a sacarase, que
hidrolisa as ligações α,β(1→2) da sacarose em glicose e frutose, a lactase que
fornece glicose e galactose pela hidrolise das ligações β(1→4) da lactose.
A captação de monossacarídeos do lúmen para a célula intestinal é
efetuada por dois mecanismos:
• Transporte passivo (difusão facilitada).O movimento
da glicose está “a favor” do gradiente de concentração (de um compartimento de
maior concentração de glicose para um compartimento de menor concentração). A
difusão facilitada é mediada por um sistema de transporte de
monossacarídeos do tipo Na+− independente. O
mecanismo tem alta especificidade para D−frutose.
• Transporte ativo. A glicose é captada do lúmen
para a célula epitelial do intestino por um co− transportador Na+−monossacarídeo (SGLT).
É um processo ativo indireto cujo mecanismo é envolve a (Na+−K+)−ATPase (bomba
de (Na+−K+), que remove o Na+ da célula, em troca de K+, com a hidrólise
concomitante de ATP (ver Capítulo 9: seção 9.4.D). O mecanismo
tem alta especificidade por D−glicose e D−galactose.
Após a absorção, a glicose no sangue aumenta e as células β das ilhotas
pancreáticas secretam insulina que estimula a captação de glicose
principalmente pelos tecidos adiposo e muscular. O fígado, o cérebro e os
eritrócitos, não necessitam de insulina para captação de glicose por suas
células (tecidos insulino−independentes). Outros hormônios e enzimas, além de
vários mecanismos de controle, são importantes na regulação da glicemia.
Digestão e absorção dos Lipídios:
Os lipídios da dieta são emulsificados no
duodeno pela ação detergente dos sais biliares. Os sais biliares são moléculas
anfipáticas sintetizadas pelo fígado a partir do colesterol e temporariamente
armazenados na vesícula biliar e liberados no intestino delgado após a ingestão
de gorduras. Os principais são o glicocolato de sódio e o taurocolato de sódio
derivados dos ácidos glicocólico e taurocólico, respectivamente. A
emulsificação é possível pela natureza anfipática dos sais biliares. A porção
polar das moléculas de sais biliares, interage com a água, enquanto o grupo
não-polar interage com os lipídeos hidrofóbicos. Desse modo, os lipídios são
finamente dispersos no meio aquoso.
Três enzimas
hidrolíticas são encontradas no suco pancreático secretado no
duodeno: lipase−pancreática, colesterol−esterase e fosfolipase A2.
Os ésteres de colesteril ingeridos na dieta são emulsificados pelos sais
biliares e, então, hidrolisados pela colesterol−esterase a colesterol e ácidos
graxos livres:
Éster de colesteril + H2O → colesterol-elastase→
Colesterol + ácidos graxos
Os produtos da lipólise são incorporados a miscelas mistas com sais biliares
conjugados. As miscelas são os principais veículos no movimento dos ácidos
graxos, monoacigliceróis e glicerol da luz para a superfície das células da
mucosa intestinal onde ocorre a absorção. Na ausência de sais biliares, a
absorção dos lipídeos é drasticamente reduzida com a presença excessiva de
gorduras nas fezes (esteatorréia).
Na célula da mucosa intestinal, o destino dos ácidos graxos absorvidos é
determinado pelo comprimento de suas cadeias carbonadas. Ácidos graxos de
cadeia curta (2-10 átomos de carbono) são hidrossolúveis, sendo diretamente
liberados para o sangue portal sem alterações e transportados ao fígado unidos
à albumina. Os ácidos graxos de cadeia longa são convertidos novamente em
triacilgliceróis e agrupados com o colesterol, fosfolipídeos e proteínas
específicas (apolipoproteínas) que os tornam hidrossolúveis. Esses agregados
lipoprotéicos são denominados quilomícrons e são liberados para os vasos
linfáticos intestinais e a seguir para o sangue.
A
lipoproteína-lipase ligada à superfície endotelial dos capilares sangüíneos,
converte os triacilgliceróis dos quilomícrons em ácidos graxos e glicerol.
Esses compostos são captados por vários tecidos, principalmente, o adiposo e o
muscular. A lipoproteína-lipase é ativada por ligação a uma proteína componente
dos quilomícrons, a apoproteína C−II.
A concentração de ácidos graxos livres no organismo é baixa, pois suas
moléculas são detergentes (formam micelas) e podem romper as membranas
celulares. Após entrar nas células, provavelmente com o auxilia de proteínas,
os ácidos graxos podem ser (1) oxidados para gerar energia, (2) armazenados
como triacilgliceróis ou (3) usados para a síntese de membranas.
OBS: Muitos ácidos graxos são empregados pelo fígado e células musculares,
especialmente no músculo cardíaco, que prefere utilizar ácidos graxos mesmo
quando houver disponibilidade de carboidratos.
Absorção dos Ácidos Biliares
A absorção dos
lipídios dietéticos já terá sido tipicamente completada quando essas
substâncias alcançarem o jejuno médio, em contraste os ácidos biliares são
absorvidos essencialmente na parte terminal do íleo.
Lipólise
Mobilização dos triacilgliceróis
O tecido adiposo é formado principalmente por triacilgliceróis. Durante o
jejum, exercício vigoroso e em resposta ao estresse, os triacilgliceróis são
hidrolisados (quebram suas ligações éster) em ácidos graxos e glicerol pela
ação da lipase hormônio-sensível (HSL).
Os hormônios adrenalina e glucagon (secretados em resposta a baixos teores de
glicemia) ativam a adenilil−ciclase na membrana plasmática dos adipócitos. A
adenilil− ciclase transforma ATP em AMPc (AMP cíclico). A proteína− cinase
dependente de AMPc, fosforila e, assim, ativa a lipase. Os triacilgliceróis são
hidrolizados em ácidos graxos e glicerol. Elevados teores de glicose e de
insulina exercem atividades opostas, acumulando triacilgliceróis no tecido
adiposo.
No trato gastrointestinal, os lipídeos são emulsificados, digeridos por enzimas
hidrolíticas e absorvidos pelas células da mucosa intestinal.
Em razão da pouca solubilidade em meio aquoso, os lipídeos se agregam em grandes
complexos dificultando a hidrólise enzimática e a absorção intestinal. Esses
obstáculos são contornados pelo emprego de agentes emulsificantes que aumentam
a interface lipídio-água permitindo a ação das enzimas intestinais
hidrossolúveis, também como a “solubilização” dos produtos de hidrólise.
Beta-oxidação (Oxidação dos ácidos graxos)
Os ácidos graxos são degradados por oxidação em uma seqüência repetitiva de
reações que produzem moléculas de acetil−CoA e liberam energia. O mecanismo é
conhecido como β –oxidação na qual os ácidos graxos são degradados pela remoção
de unidades de dois carbonos (acetil−CoA).
Nas mitocôndrias, os ácidos graxos são degradados pela oxidação com a remoção
sucessiva de fragmentos de dois carbonos na forma de acetil−CoA, posteriormente
oxidada a CO2 no ciclo do ácido cítrico. Em cada ciclo da β−oxidação, forma-se
um mol de acetil−CoA, um de FADH2 e um de NADH. No fígado, a energia liberada
pela β-oxidação é empregada para dirigir a gliconeogênese.
Obs: Durante o jejum prolongado, a maioria dos tecidos é capaz de utilizar os
ácidos graxos como fonte de energia. O tecido nervoso e os eritrócitos não
empregam os ácidos graxos como combustíveis.
Produção de energia na oxidação dos ácidos graxos
Cada volta do ciclo de β−oxidação produz um NADH, um FADH2 e uma
acetil−CoA. A oxidação do NADH e do FADH2 na cadeia mitocondrial transportadora
de elétrons acoplada à fosforilação oxidativa, produz 2,5 e 1,5 ATP,
respectivamente. Cada molécula de acetil−CoA proveniente da β−oxidação é metabolizada
a CO2 e água no ciclo do ácido cítrico e fosforilação oxidativa, com a produção
de 10 ATP. No entanto, na ativação do ácido graxo são consumidos dois
equivalentes de ATP (um ATP é transformado em AMP + 2Pi).
A produção de ATP a
partir da β-oxidação do ácido palmítico pelo ciclo do ácido cítrico e da
fosforilação oxidativa é resumida na tabela abaixo.
Cetose (Formação de corpos cetônicos)
Em certas condições metabólicas, tais como, jejum prolongado, inanição e
diabete melito, ocorre aumento na velocidade da β−oxidação, tornando necessário
reciclar o excesso de acetil−CoA e liberar a CoA livre para novas β−oxidações.
No fígado, o grupo acetil da acetil−CoA é transformado em corpos cetônicos em
processo chamado cetogênese. Os corpos cetônicos consistem de 2 moléculas
unidas de acetil e são utilizados como combustível hidrossolúvel pelos tecidos
extra−hepáticos.
Obs: A síntese de corpos cetônicos só ocorre no fígado e se dá a partir da
β-oxidação.
Parte do acetoacetato é reduzido a β−hidroxibutirato pela enzima
β−hidroxibutirato−desidrogenase NAD+−dependente ligada à membrana mitocondrial
interna.
Em condições normais a formação de acetona é negligenciável, no entanto, em
acúmulos patológicos de acetoacetato, a quantidade de acetona no sangue pode
ser detectada no ar expirado pelo paciente.
A presença aumentada de corpos cetônicos no sangue e na urina acompanhado de
odor de acetona no ar expirado, é denominada cetose. Essa condição ocorre
quando a velocidade de produção de corpos cetônicos pelo fígado excede a
capacidade de sua utilização pelos tecidos periféricos, resultando em acúmulo
no sangue (cetonemia). Ao ultrapassar o limiar renal, essas substâncias
aparecem na urina (cetonúria).
Obs: Os corpos cetônicos são os únicos lipídios que não necessitam ser
carreados por uma proteína devido a serem hidrossolúveis.
A cetogênese ocorre em três reações:
1. Formação de acetoacetil−CoA.
A primeira reação na formação do acetoacetato é a condensação de duas
moléculas de acetil−CoA para gerar acetoacetil−CoA, catalisada pela
acetil−CoA−acetiltransferase.
2. Formação de HMG−CoA.
A acetoacetil−CoA é convertida a HMG−CoA por condensação com uma
terceira molécula de acetil−CoA pela ação da hidroximetilglutaril− CoA−sintase.
3. Formação de acetoacetato e acetil−CoA.
A clivagem da HMG−CoA fornece o acetoacetato livre pela enzima
hidroxi−metilglutaril−CoA−liase.
Em jejum prolongado e diabete melito, como conseqüência do direcionamento do
oxaloacetato para a formação de glicose (gliconeogênese), ocorre limitação da
operação do ciclo do ácido cítrico. Desse modo, a grande quantidade de
acetil−CoA produzida pela β−oxidação dos ácidos graxos no fígado é canalizada
para a síntese de corpos cetônicos. Quando a formação de corpos cetônicos
atinge níveis acima da capacidade compensatória dos sistemas tampões
fisiológicos, desenvolve-se cetoacidose.
Obs: O acetil é o 2º substrato mais utilizado (1º lugar- glicose) porque não
necessita de proteínas para ser carreado (o acetil é hidrossolúvel).
Vários tecidos, mais notadamente o músculo cardíaco e esquelético, empregam
corpos cetônicos para gerar energia. O cérebro aumenta consideravelmente a
utilização de corpos cetônicos como fonte de energia durante o período de jejum
prolongado e inanição, economizando a glicose e reduzindo a degradação da
proteína muscular para a gliconeogênese.
O catabolismo dos corpos cetônicos ocorre da seguimte
forma:
1. Nos tecidos periféricos, o β−hidroxibutirato é oxidado a acetoacetato.
2. A acetoacetato é então ativado pela ação de uma tioforase que emprega a
succinil−CoA como fonte de CoA, formando acetoacetil−CoA.
3. Esta última sofre clivagem pela tiolase, produzindo duas moléculas de
acetil−CoA que entram no ciclo do ácido cítrico.
Lipogênese
Biossíntese de ácidos graxos
Alguns ácidos graxos insaturados, tais como, o linolênico e linoléico, não são
supridos pela dieta, sendo denominados ácidos graxos essenciais. Esses ácidos
graxos são abundantes em peixes e óleos vegetais.
Os ácidos graxos são formados a partir de acetil−CoA proveniente de substratos
lipogênicos (glicose da dieta, aminoácidos e etanol) A síntese ocorre
principalmente no tecido adiposo, no fígado e nas glândulas mamárias de animais
em lactação.
Inicialmente é formado o ácido palmítico (cadeia linear saturada com 16 átomos
de carbono), a partir do qual outros ácidos graxos são derivados.
A biossíntese dos ácidos graxos é um processo que ocorre exclusivamente no
citosol. Contudo, a acetil−CoA gerada nas mitocôndrias não se difunde
espontaneamente para o citosol; em lugar disso, atravessa a membrana
mitocondrial interna sob a forma de citrato, produzido a partir da condensação
do oxaloacetato e acetil−CoA no ciclo do ácido cítrico. Em concentrações
elevadas, o ATP inibe a enzima isocitrato−desidrogenase no ciclo do ácido
cítrico, provocando o acúmulo de citrato na mitocôndria; o excesso difunde-se
livremente para o citosol pela membrana mitocondrial interna por meio do
carreador do tricarboxilato. No citosol, a acetil−CoA é regenerada, a partir do
citrato pela ação da enzima ATP−citrato−liase.
Obs:Este processo também transfere o oxaloacetato da mitocôndria para o
citosol.
Síntese dos ácidos graxos saturados, o ácido
palmítico
O ácido palmítico é sintetizado a partir de uma molécula de acetil−CoA e sete
moléculas de malonil−CoA. Esta última é produzida pela carboxilação do
acetil−CoA. Inicialmente, o CO2 (como bicarbonato, HCO3−) é “ativado” por
ligação covalente à biotina com a conversão do ATP em ADP + Pi em reação
catalisada pela biotina−carboxilase.
A seguir, o grupo prostético carboxibiotina transfere o grupo carboxilato para
o acetil−CoA para formar um composto de três carbonos, a malonil−CoA e
regenerar a enzima.
A reação total,
catalisada pela acetil−CoA−carboxilase uma enzima composta de três enzimas
(proteína transportadora de biotina, biotina−carboxilase e a transcarboxilase)
em um único polipeptídeo multifuncional que requer biotina e Mn2+, é a etapa
limitante de velocidade na síntese de ácidos graxos nos mamíferos. A
acetil−CoA−carboxilase é uma enzima alostérica ativada pelo citrato e
isocitrato e inibida por acil−CoA de cadeia longa, como o palmitoil−CoA. A
biotina está ligada a um resíduo de lisina da enzima.
Obs: A malonil−CoA é o doador das unidades acetil de dois carbonos para a
construção de ácidos graxos.
Síntese de triacilgliceróis
Os triacilgliceróis são sintetizados pela adição de acil-CoA graxo
(biossintetizados ou supridos pela dieta) ao glicerol−3−fosfato ou à
diidroxiacetona−fosfato. A síntese ocorre principalmente no fígado, intestino e
tecido adiposo. O glicerol−3−fosfato é formado por duas vias: A partir da
diidroxiacetona−fosfato gerada na glicólise ou formado a partir do glicerol
pela ação da glicerol−cinase.
A diidroxiacetona−fosfato é transformada em glicerol−3−fosfato em reação
catalisada pela glicerol−3−fosfato−desidrogenase.
No fígado, rim e intestino delgado ocorre a fosforilação do glicerol livre em
presença de glicerol−cinase.
Os adipócitos são desprovidos de glicerol−cinase e obtém o glicerol−3−fosfato
exclusivamente pela reação da glicerol−3−fosfato−desidrogenase. O glicerol
livre obtido na hidrólise dos triacilgliceróis nos adipócitos não é utilizado
no próprio tecido e sim, é levado ao fígado onde é transformado em
glicerol−3−fosfato pela glicerol−cinase.
Os acil−CoA empregados na síntese dos triacilgliceróis são provenientes de
ácidos graxos livres ativados pela ação das acil−CoA−sintetases:
Ácido graxo + CoA + ATP → acil−CoA + AMP + PPi
1. A primeira etapa na biossíntese dos triacilgliceróis é a acilação dos
dois grupos hidroxila livres do glicerol−3−fosfato por duas moléculas de
acil−CoA graxo para formar diacilglicerol−3−fosfato (fosfatidato ou ácido
fosfatídico) em presença da glicerol−3−fosfato−aciltransferase.
2. A enzima fosfatidato−fosfatase converte o diacilglicerol−3−fosfato
(fosfatidato) em 1,2−diacilglicerol. O fosfatidato e o 1,2−diacilglicerol são
precursores de triacilgliceróis e de glicerofosfolipídeos.
3. Na etapa final da biossíntese de triacilgliceróis ocorre a acilação da
posição sn−3 do 1,2−diacilglicerol por meio da diacilglicerol−aciltransferase.
Regulação do metabolismo Lipídico (controle entre a lipólise e a
lipogênese)
Ativadores da lipólise
· Glucagon e a adrenalina
(liberados quando as reservas energéticas estão baixas) estimulam a
fosforilação de várias enzimas.
· Fosforilação da lipase hormônio-sensível presente nos adipócitos, ativa a
hidrólise de triacilglicerol.
· A liberação de noradrenalina dos neurônios no sistema nervoso simpático e do
hormônio do crescimento da hipófise também ativa a lipase hormônio−sensível.
Subseqüentemente, os ácidos graxos são liberados para o sangue.
Os hormônios também regulam a utilização dos ácidos graxos pelos tecidos. Por
exemplo:
· A acetil−CoA−carboxilase é inibida pelo glucagon.
· Baixas concentrações de malonil−CoA, a síntese de ácidos graxos é reduzida.
Como a malonil−CoA inibe a atividade da carnitina−acil−transferase I, os ácidos
graxos podem ser transportados para a mitocôndria, onde são degradados para
gerar energia.
Ativadores da lipogênese
· O efeito da insulina sobre o metabolismo dos ácidos graxos é oposta aos
dos hormônios glucagon e adrenalina. A secreção de insulina em resposta a
elevados níveis de glicose sangüínea estimula a lipogênese. A insulina induz a
síntese de ácidos graxos pela fosforilação da acetil−CoA−carboxilase por um
processo independente do mecanismo da proteína-cinase dependente de AMPc. A
lipólise simultânea é evitada pela insulina por inibição da ativação da
proteína-cinase mediada por AMPc. O processo provoca a desfosforilação
(portanto, a inativação) da lipase hormônio-sensível.
Resumo do Metabolismo Lipídico
1. A acetil−CoA exerce papel central na maioria dos processos metabólicos
relacionados aos lipídeos. Por exemplo, a acetil−CoA é usada na síntese dos
ácidos graxos. Quando os ácidos graxos são degradados para gerar energia, o
produto é a acetil−CoA.
2. Dependendo das necessidades energéticas, as novas moléculas de gordura são
empregadas para a geração de energia ou são armazenadas nos adipócitos. Quando
as reservas de energia do organismos estão baixas, as gorduras armazenadas são
mobilizadas em processo denominado lipólise. Na lipólise, os triacilgliceróis
são hidrolizados em ácidos graxos e glicerol. O glicerol é transportado para o
fígado, onde pode ser usado na síntese de lipídeos ou glicose. A maior parte
dos ácidos graxos são degradados para formar acetil−CoA na mitocôndria em
processo denominado β−oxidação. A β−oxidação nos peroxissomos encurtam os
ácidos graxos muito longos. Outras reações degradam ácidos graxos de cadeia
ímpar e insaturados. Quando o produto de degradação dos ácidos graxos
(acetil−CoA) está presente em excesso, são produzidos corpos cetônicos.
3. A síntese dos ácidos graxos inicia com a carboxilação da acetil−CoA para
formar malonil−CoA. As demais reações da síntese dos ácidos graxos são
realizadas pelo complexo ácido graxos sintase.
Metabolismo
dos lipídeos
Os
lipídeos tem como composição os triacilgliceróis em maior parte e os
glicerofosfolipídeos, ésteres de colesteril, colesterol e ácidos graxos livres
em menor parte. Quando ingeridos, eles são emulsificados e digeridos por
enzimas hidrolíticas no trato gastrointestinal e absorvidos pelas células da
mucosa intestinal.
Emulsificar os lipídeos facilita a interface
lipídio-água liberando a ação das enzimas intestinais hidrossolúveis devido ao
fato dos lipídeos serem pouco solúveis em meio aquoso. A emulsificação ocorre
no duodeno pela ação detergente dos sais biliares que são moléculas
anfipáticas, que apresentam uma região hidrofílica, sintetizadas no fígado
derivado do colesterol, armazenadas na vesícula biliar e liberadas no intestino
delgado após o consumo de lipídeos.
A degradação lipídica é realizada por enzimas
pancreáticas reguladas por hormônios, como a colecistoquinina agindo sobre a vesícula
biliar e o pâncreas facilitando a secreção da bile e de enzimas,
respectivamente.
A absorção lipídica ocorre quando as micelas
mistas (ácidos graxos livres, 2-acilgliceróis e colesterol livre) se juntam com
sais biliares, facilitando a travessia pela camada de água.
Já dentro das células intestinais, os ácidos
graxos são retransformados em triacilglicerol, dispostos em quilomicrons
(partículas poliproteicas), liberados nos vasos linfáticos e transportados até
os vasos maiores, podendo atingir os adipócitos, entre outros tecidos.
A produção de energia a partir dos ácidos graxos
começa pela hidrólise de triacilglicerol dos adipócitos, gerando ácidos graxos
e glicerol. O caminho do ácido graxo se da através da membrana celular do
adipócito, ligando-se à albumina no plasma, onde se espalham pelas células até
serem oxidados para gerar energia. Já o caminho do glicerol é o fígado, onde é
fosforilado para ser reutilizado.
O processo de oxidação de ácidos graxos é
conhecido como beta-oxidação. Nela ocorre o catabolismo de ácidos graxos
saturados produzindo acetil-CoA a partir da remoção sucessiva de dois carbonos
da extremidade carboxila da acil-CoA, para entrar no ciclo de Krebs. São quatro
reações que dão origem ao encurtamento da cadeia, uma oxidação que produz
FADH2, uma hidratação, uma outra oxidação gerando NADH e uma clivagem tiolítica
liberando a molécula de acetil-CoA.
Na beta-oxidação de um ácido graxo saturado com
número ímpar de átomos de carbono, são as mesmas etapas descritas
anteriormente, até os três carbonos finais, propionil-CoA.
#Referência Bibliográficas:
http://www.coladaweb.com/biologia/bioquimica/metabolismo-de-lipidios
http://www.ufpel.edu.br/iqg/db/Apresenta%E7%F5es_PPT/10%20Metabolismo%20de%20Lip%EDdios%20Gradua%E7%E3o%20PDF.pdf
http://pt.scribd.com/doc/24601356/Metabolismo-dos-lipideos-cap-10
http://graduacao.iqsc.usp.br/files/Metabolismo-de-lip%C3%ADdeos.pdf
Livro: Princípios de Bioquímica de
Lehninger - David L. Nelson & Michael – 5 Ed.
Figuras retiradas do site:
www. google.com.br sem modificações
Metabolismo
de Aminoácidos
As
proteínas são macronutrientes importantes, pois fornecem os aminoácidos essenciais
para diversas funções estruturais, de proteção, reguladoras e de transporte nos
fluidos biológicos. As proteínas, diferentemente dos carboidratos e dos
lipídios, possuem em sua composição o nitrogênio (16%) junto com enxofre e
alguns minerais como fósforo, cobalto e ferro. As proteínas são formadas pelas
combinações de 20 aminoácidos, sendo nove essenciais e onze não-essenciais.
Quanto à sua origem, as proteínas podem ser exógenas (ingeridas pela dieta) ou
endógenas (hidrólise das proteínas das células do organismo).
Metabolismo de Aminoácidos
Como a
maioria dos seres vivos não são capazes de armazenar aminoácidos ou proteínas,
quando as necessidades protéicas estão satisfeitas, o excesso de aminoácido
deve ser oxidado.
A
oxidação dos aminoácidos não é feita por uma via única, mas há um padrão a ser
seguido: primeiramente há a remoção do grupo amino e depois a oxidação da
cadeia carbônica. Nos mamíferos, o grupo amino se converte em uréia e as
cadeias carbônicas em compostos intermediários do metabolismo de carboidratos e
lipídios.
·
Remoção do grupo amino
do aminoácido
1) Transferência do grupo amino para o cetoglutarato, dando origem
ao glutamato, que pode seguir dois caminhos: uma transaminação ou uma
desaminação.
2) Transaminação: transferência do grupo
amino do glutamato para o oxaloacetato, dando origem ao aspartato.
3) Com a desaminação do glutamato há a liberação do
grupo amino como NH3 (amônia),
que posteriormente se converte em NH4+(íon amônio).
Conclusão: o grupo amino
da maioria dos aminoácidos resulta em dois compostos: NH4+ e aspartato, que são precursores
da uréia.
Síntese da uréia
A síntese começa na
matriz da mitocôndria, onde há a formação de carbamoil-fosfato a partir de
amônio e bicarbonato, consumindo duas moléculas de ATP. As reações a seguir
fazem parte do ciclo da uréia: na mitocôndria, o carbamoil- fosfato condensa-se
com ornitina, formando citrulina, que é transportada para o citossol, onde
reage com aspartato, dando origem ao arginino-succinato, que se decompõe em
arginina e fumarato. A arginina é hidrolizada e produz uréia e ornitina.
Um ser humano com uma
dieta equilibrada excreta cerca de 30g de uréia por dia.
·
Degradação da cadeia carbônica dos aminoácidos
As cadeias carbônicas são oxidadas por vias próprias, mas todas
se dirigem para a produção de alguns compostos como piruvato, acetil-CoA,
oxaloacetato, α cetoglutarato, succinil-CoA e fumarato.
Os aminoácidos que
produzem piruvato ou intermediários do ciclo de Krebs são chamados
glicogênicos. Os aminoácidos que produzem corpos cetônicos são chamados
cetogênicos. Os aminoácidos que produzem tanto acetil-CoA quanto intermediários
do ciclo de Krebs são chamados glicocetogênicos.
METABOLISMO GERAL DOS AMINOÁCIDOS (1): DESTINO E
TRANSAMINAÇÃO
I – INTRODUÇÃO
Iniciaremos neste capítulo o estudo do catabolismo dos
aminoácidos, uma classe de biomoléculas que através da sua degradação
oxidativa, dá uma contribuição significativa para a liberação de energia
metabólica. O valor da fracção de energia metabólica obtida por oxidação dos
aminoácidos, originados quer de proteínas ingeridas, quer de proteínas dos
tecidos, varia muito com o tipo de organismo cosiderado e com a situação
metabólica em que ele se encontra. Assim, imediatamente após uma refeição, os
carnívoros podem obter da oxidação dos aminoácidos até 90% das suas
necessidades de energia. Os herbívoros apenas apenas obtêm dessa fonte, uma
pequena fracção das suas necessidades energéticas.
Figura: Fontes e
destinos dos aminoácidos
A)- Conjunto de aminoácidos:Os aminoácidos liberados pela hidrólise das
proteínas da dieta ou das proteínas dos tecidos, misturam-se com outros
aminoácidos livres distribuídos pelo organismo. Em conjunto, eles constituem o
stock de aminoácidos (figura). Esse stock contém cerca de 100 gramas de
aminoácidos e é pequeno em comparação com as proteínas corporais. Os destinos
que um aminoácido pode seguir, uma vez dentro do nosso organismo estão
representados na figura.
Nos animais, os aminoácidos podem ser degradados para obtenção
de energia em três circunstâncias metabólicas diferentes:
1. Durante
a síntese e degradação normais das proteínas celulares (renovação ou turnover
das proteínas)
2. Quando
em uma dieta rica em proteínas, a quantidade de aminoácidos ingeridos, é maior
que a quantidade necessária para a síntese de proteínas.
3. Durante
o jejum prolongado ou o diabetes melito, quando os carbohidratos estão
inacessíveis ou não são utilizados adequadamente, as proteínas
corporais são então hidrolizadas e os seus aminoácidos serão
empregues como combustível.
COMO
SE FAZ A TRANSFORMAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS EM ENERGIA UTILIZÁVEL PELO ORGANISMO?
–
Sempre que têm que ser degradados, os aminoácidos perdem os seus grupos amino e
os a-cetoácidos assim formados,
podem sofre oxidação até CO2 e H2O. Além disso, esses a-cetoácidos também chamados
de "esqueletos de carbono dos aminoácidos" podem ser convertidos em
glicose.
Todos os aminoácidos contêm um grupo amino. Assim, a via de
degradação de cada aminoácido inclui um passo chave no qual o grupo a-amino é separado do
esqueleto de carbono e desviado para uma via especializada para o seu
metabolismo. Trataremos primeiro do metabolismo do agrupamento amino e da
excreção do nitrogénio, depois estudaremos o destino dos esqueletos carbonados
derivados dos aminoácidos e, ao longo do caminho, veremos como as vias estão
conectadas.
II – DESTINO METABÓLICO DOS GRUPOS AMINO:
A maior parte do nitrogénio da dieta, é consumida na forma de
proteínas, perfazendo entre 70-100 gramas de proteínas por dia, na dieta média
de um habitante de países desenvolvidos (Estados Unidos por exemplo). As
proteínas são em geral grandes demais para serem absorvidas pelo intestino e
devem portanto ser hidrolizadas, produzindo aminoácidos que depois podem ser
absorvidos. As enzimas proteolíticas responsáveis pela degradação das
proteínas, são produzidas por três diferentes órgãos: o estômago, o pâncreas e
o intestino delgado (figura).
A digestão das proteínas começa no estômago, que secreta suco
gástrico, que é composto por ácido clorídrico e uma pró-enzima, o pepsinogénio.
Ácido clorídrico – A
sua função consiste essencialmente me desnaturar as proteínas da dieta, para
tornar mais fácil a acção das proteases.
Pepsina –É uma
endopeptidase, secretada pelas células serosas do estômago, sob a forma de
zimogênio inactivo (pró-enzima), o pepsinogênio. O pepsinogênio, pela acção do
ácido clorídrico e por auto-catálise da própria molécula de pesina, converte-se
na enzima activa a pepsina. A pepsina hidrolisa as proteínas da dieta,
convertendo-as em polipeptídeos e alguns aminoácidos livres Depois do
estômago, os polipeptídeos vão para ointestino delgado onde são clivados por um grupo de
proteases pancreáticas, resultando em oligopeptídeos e aminoácidos. As
principais enzimas proteolíticas do suco pancreático, são: Atripsina e a pepsina.
No intestino delgado existe uma enzima, produzida pelas células luminais do
intestino, que é a aminopeptidase que cliva repetidamente o resíduo
N-terminal dos oligopeptídeos, produzindo aminoácidos livres e peptídeos
menores. Após esta última clivagem os aminoácidos e os dipeptídeos e são
absorvidos pelas células intestinais, em cujo citoplasma os dipeptídeos são também
hidrolizados, liberando aminoácidos. Os aminoácidos são então liberados para o
sistema porta para serem metabolizados pelo fígado ou liberados para a
circulação geral. No fígado, os aminoácidos que serão degradados, sofrem antes
de mais a remoção do seu grupo a-amino,
a que já fizemos referência anteriormente.
II - REMOÇÃO DOS GRUPOS AMINO
Figura: Reacção de transaminação, catalisada pelas enzimas
aminotransferases. O objectivo dessa reacção, é produzir ácido glutâmico e
diversos alfa-cetoácidos.
A)-
TRANSAMINAÇÃO: Sintese
do ácido glutâmico a partir de vários aminoácidos.
Transaminação, tal
como o nome indica, a transaminação é um processo de transferência de um grupo
amino de uma maolécula para outra. Esta reacção é catalizada poer enzimas
denominadas de aminotransferases.
O primeiro passo no catabolismo dos aminoácidos é a
transferência do seu grupo a-amino
para o a-cetoglutarato(figura),
um intermediário do ciclo de
Krebs. Os produtos dessa reacção, são um a-cetoácido resultante do aminoácido anterior, que
perde o seu gruo a-amino,
e o ácido glutâmico,
resultante do a-cetoglutarato
após receber o grupo a-amino.
O a-cetoglutarato,
desempenha um papel central no metabolismo dos aminoácidos, pois aceita grupos
amino de outros aminoácidos e se transforma em glutamato (ou ácido
glutâmico).Essa transferência de grupos amino de um esqueleto carbonado para
outro, é catalizada por uma família de enzimas denominada de aminotrasferases
(anteriormente denominadas de transaminases) e as reacções catalizadas por
essas enzimas são denominadas de reacções de transaminação. Estas enzimas são
encontradas no citoplasma de todas as células mas especialmente nas células do
fígado, rins e músculo. Todos os aminoácidos, excepto a lisina e da treonina, perdem
os seus grupos amina, por tansaminação.
Existem várias aminotransferases, sendo cada uma delas específica para um ou no
máximo uns poucos doadores de grupos amino. As aminotransferases são designadas
a partir do doador específico do grupo amino, pois o aceitador do mesmo grupo é
quase sempre o a-cetoglutarato.
As duas mais importantes reacções de transaminação, são catalizadas pelas
enzimas alanina-aminotransferase e aspartato-aminatransferase (figura).
1)- Alanina-aminotransferase
(ALT)
Também já foi chamada de glutamato:piruvato-
transaminase(GPT), está presente em muitos tecidos. A enzima cataliza a
transferência do grupo amino da alanina para o a-cetoglutarato, resultando na
formação do piruvato (a-cetoácido derivado da alanina) e glutamato (aminoácido derivado
do a-cetoglutarato). Durante o
catabolismo dos aminoácidos, essa reacção é fácilmente reversível. No entanto,
está quase sempre favorecida a formação do glutamato e desse modo o glutamato
actua efetivamente como um colector de nitrogênio a partir da alanina.
2)- Aspartato aminotransferase
(AST)
Inicialmente denominada de glutamato:oxalacetato-transaminase (GOT), é uma excepção a regra de que
as aminotransferases afunilam os grupos amino para formar glutamato. Durante o
catabolismo dos aminoácidos, a AST transfere grupos amino do glutamato para o
oxalacetato, formando aspartato, o qual é utilizado como fonte de nitrogênio no
ciclo da ureia.
Figura: Interconversão cíclica do piridoxal-fosfato e
piridoxamina fosfato, durante a reacção da aspartato amino-transferase.
Mecanismo de acção das aminotransferases
Todas as aminotransferases requerem a coenzima piridoxal-fosfato (um derivado
da vitamina B6), a qual está covalentemente ligada ao grupo Ɛ-amino
de um resíduo específico de lisina no sítio
activo da enzima. As aminotransferases atuam transferindo o grupo amino de um
aminoácido para a porção piridoxal da coenzima, gerando piridoxamina-fosfato. A forma
piridoxamina da coenzima reage então com o a-cetoácido
para formar um aminoácido, ao mesmo tempo regenerando a forma aldeído original
da coenzima. A figura mostra essas duas reacções, componentes da reacção
catalizada pela aspartato-aminotransferase.
Equilíbrio das reacções de tansaminação
Para a maiorias das reacções de transaminação, a constante de
equilíbrio aproxima-se de 1 (um), permitindo que a reacção funcione em ambos os
sentidos, isto é, no sentido da formação de um alfa-cetoácido por
remoçao do grupo a-amino
de um determinado aminoácido, e no sentido da biossíntese de um
aminoácido por adição do um grupo a-amino
a um a-cetoácido
(o que acontece por exemplo quando o suprimento de aminoácidos a partir da
dieta não for adequado para satisfazer as necessidades de síntese das células).
Valor diagnóstico das
aminotransferases plasmáticas
As aminotransferases, são normalmente enzimas intracelulares, de modo que os
baixos níveis observados no plasma, representam a liberação de conteúdos
celulares durante a renovação celular normal. A presença de níveis plasmáticos
elevados de aminotransferases indica lesão em células, ricas nessas enzimas.
Por exemplo o trauma físico ou um processo patológico, podemcausar lise
celular, resultando na liberação dessas enzimas para o sangue. Tanto a AST como
a ALT, são de valor diagnóstico especial, quando aparecem elevadas no plasma e
isso acontece acontece nas seguintes situações:
1- Doença hepática:
Os níveis de AST e ALT estão elevados em quase todas as doenças hepáticas mas
estão especialmente elevadas nas doenças que causam necrose celular, como na
hepatite viral, lesão tóxica e colapso circulatório prolongado. A ALT é mais
específica do que a AST para as doenças hepáticas mas a AST é mais sensível,
pois o fígado contém maior quantidade dessa enzima.
2- Doença não hepática:
As aminotransferases podem estar elevadas em doenças não hepáticas, como no
infarto do miocárdio e doenças musculares. Essas doenças, no entanto, são em
geral clínicamente distintas das doenças hepáticas.
B)- DESAMINAÇÃO: a glutamato desidrogenase.
A desaminação oxidativa consiste na remoção do grupo amino de um aminoácido,
sob a forma de amônia livre. Esta reacção é catalizada pela enzima glutamato
desidrogenase e ocorre principalmente no fígado e no rim. As reacções de
desaminação fornecem alfa-cetoácidos que podem entrar nas vias centrais do metabolismo
energético, e amónia que serve para a sintese da ureia Ver figura).
Figura:
Reacção de desaminação oxidativa: Formação do alfa-cetoglutarato e amónia
livre, a partir do glutamato.
A
glutamato desidrogenase:
Como
descrito anteriormente, os grupos amino da maioria dos aminoácidos são no fim
transferidos para o alfa–cetoglutarato, para a sínstese do glutamato, por meio
da transaminação. O glutamato é especial porque é o único aminoácido que sofre
rápida desaminação oxidativa – uma reacção catalisada pela enzima glutamato
desidrogenase (ver figura).
Portanto,
a acção da transaminação, resulta na coleta de grupos amino de outros
aminoácidos que são inseridos no a-cetoglutarato,
produzindo glutamato). A reacção de desaminação oxidativa subsequente desse
glutamato, regenera o a-cetoglutarato
e fornece uma via pela qual os grupos amino da maioria dos aminoácidos podem
ser liberados como amónia (figura).
A glutamato desidrogenase, tem as seguintes características:
1- Coenzimas:
A glutamato desidrogenase pode utilizar tanto o NAD+ como o NADP+ como
coenzima. O NAD+ é utilizado na reacção de desaminação oxidativa, enquanto que
o NDP+ é utilizado na aminação redutora, isto é, no ganho de amónia com redução
do esqueleto carbonado, para formar glutamato.
2- Sentido da reacção:
O sentido da reacção depende das concentrações relativas do glutamato, a-cetoglutarato e amónia e da
razão das coenzimas oxidadas e reduzidas. Por exemplo, após a ingestão de uma
refeição contendo proteínas os níveis de glutamato no fígado são elevados e a
reacção ocorre no sentido de degradação de aminoácidos e da formação de amónia.
Esta reacção também pode ser utilizada para sintetizar aminoácidos a partir de a-cetoácidos correspondentes
Podemos definir metabolismo como sendo o
conjunto das atividades metabólicas da célula relacionadas com a transformação
de energia. A fotossíntese e a respiração são os processos mais importantes de
transformação de energia dos seres vivos, mas afermentação e a quimiossíntese também são processos celulares de
transformação de energia importantes para alguns seres vivos.
Todos os seres vivos gastam
energia para manterem suas diversas atividades celulares e a fonte de energia
mais importante para os seres vivos é a luz solar. Luz solar, água e gás
carbônico são os ingredientes necessários para os seres clorofilados realizarem
a fotossíntese e produzirem moléculas orgânicas, como a glicose. Esses seres
chamados de autótrofos(seres que
produzem o próprio alimento) servem de alimento a diversos seres heterótrofos (seres que não são capazes de produzir
o próprio alimento). Quando se alimentam dos seres autótrofos, os seres heterótrofos
introduzem em seus corpos a matéria orgânica que será degradada dentro das
células, liberando a energia necessária para a execução das funções vitais.
Essa cadeia formada entre os
seres vivos pode ser facilmente observada na natureza. Os vegetais servem de
alimento para os animais herbívoros, que servem de alimentos para animais
carnívoros. Nessa sequência chamada de cadeia alimentar ocorre a transferência de matéria e de
energia para os seres vivos, pois como diz a primeira lei física da termodinâmica:
“nos processos físicos e químicos, a energia pode ser ganha ou perdida,
transferindo-se de um sistema para outro, mas não pode ser criada nem
destruída”.
Geralmente, as reações
metabólicas são classificadas em dois tipos, as reações
de síntese e asreações de degradação.
Nas reações
de síntese, moléculas
mais simples são unidas formando outras moléculas de maior complexidade, como
ocorre com a união de aminoácidos para formarem as proteínas. Já nas reações
de degradação ocorre
o contrário, as moléculas mais complexas são quebradas transformando-se em
moléculas mais simples, como ocorre na quebra do glicogênio em glicose.
Todas as reações de síntese,
por meio das quais os organismos vivos constroem as complexas moléculas
orgânicas que formam o seu corpo, são chamadas de anabolismo e as reações de degradação de moléculas
constituem o catabolismo. Dessa forma, podemos concluir
que é através de reaçõesanabólicas que o ser vivo constrói seu corpo e é
através de reações catabólicas que os seres vivos conseguem a
matéria–prima e a energia necessárias à vida.
