PROVA II DE BIOQUÍMICA GABARITO

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PROVA II DE BIOQUÍMICA GABARITO
1) O glicogênio é um polissacarídeo, formado por glicoses unidas com
ligações α 1-4 e α 1-6, de reserva no tecido animal. Apresenta inúmeras
funções no metabolismo celular, sendo utilizada dependendo do estado
metabólico do indivíduo. Baseado na importância biológica da reserva de
glicogênio, responda as questões abaixo:
a) Um bebê recém nascido pode evitar a hipoglicemia neonatal se utilizar
reservas energéticas. Explique como o metabolismo celular do recém nascido
evita a hipoglicemia nas primeiras horas de vida. (1,0 ponto)
Durante o período de gestação, o suprimento de glicose (e outros nutrientes)
para o feto é realizado através do cordão umbilical. Este fornecimento de açúcares é
intensificado nas últimas semanas que antecedem o parto para que o bebê consiga
armazenar essas “doses” a mais de glicose na forma de glicogênio no fígado. Isso
ocorre porque, no momento em que o cordão umbilical é cortado, o neonato para de
receber glicose da mãe e seus níveis de glicose, em consequência, diminuem.
Esse processo, então, é um sinal fisiológico para a liberação gradativa do
hormônio glucagon, que é um ativador em processos metabólicos ocorrentes
quando o indivíduo está no estado de jejum, conforme os níveis glicêmicos
diminuem no indivíduo. O glicogênio armazenado no tecido hepático de um bebê
saudável nas primeiras 4-6 horas de vida é mobilizado por um processo denominado
glicogenólise, onde há a quebra do glicogênio e a liberação de glicose para o tecido
sanguíneo e, posteriormente, todos os tecidos do corpo.
É importa salientar que, como trata-se de um processo que atua em períodos
de jejum curto, torna-se imprescindível a amamentação nas primeiras horas de vida
de uma criança, pois o leite materno é o principal suprimento alimentar nesses
casos.
b) Um indivíduo entra em um período de jejum de 6 horas e necessita utilizar
as reservas de glicogênio do tecido hepático e do tecido muscular. Explique
porque a utilização das reservas de glicogênio é necessária durante o jejum e
de que maneira os tecidos utilizam a glicose proveniente dessas reservas.
(1,0)
O glicogênio é um polissacarídeo produzido através da união de moléculas de
glicose em excesso na corrente sanguínea através da glicogênese que ocorre em
alguns tecidos. O mesmo é uma reserva de glicose em situações de jejum em que o
sinal emitido pelo hormônio glucagon aciona a quebra das cadeias de glicose para
que esse nutriente seja novamente disponibilizado para as células do organismo
através da corrente sanguínea.
A glicose é uma das principais moléculas envolvidas no fornecimento de
energia para o organismo animal. A utilização das reservas de glicogênio, portanto,
é extremamente importante para que a razão desse nutriente esteja controlada na
circulação a fim de manter o fornecimento às células dos tecidos corporais e para os
neurônios do cérebro - que é um dos grandes consumidores de glicose.
O glicogênio é um polissacarídeo, formado por moléculas de glicoses unidas
através ligações α 1-4 e α 1-6 e quando o organismo está influenciado pela alta
razão glucagon/insulina, essa molécula é quebrada através da glicogenólise. Essa
via é realizada pela atuação de três enzimas: a glicogênio-fosforilase, a enzima
desramificadora oligo α 1-4) ( α 1-6)-glicano-transferase e a fosfoglicomutase.
A glicogênio-fosforilase age separando as moléculas de glicose a partir de
uma extremidade não redutora do glicogênio e introduz uma molécula de fosfato no
carbono 1 desses sacarídeos - até sobrarem quatro resíduos de glicose na
molécula. Nesse momento, a enzima desramificadora catalisa reações que
permitem a desramificação completa da molécula de glicogênio.
A fosfoglicomutase, por sua vez, muda a posição do fosfato introduzido no
carbono 1 das moléculas de glicose e o transfere para o carbono 6, formando a
glicose-6-fosfato.
Nos músculos, a glicose-6-fosfato é logo utilizada na Via Glicolítica e serve
como fonte de energia aos movimentos musculares. No fígado, porém, a ação do
tecido hepático na glicogenólise é liberar essas moléculas de glicose na corrente
sanguínea. Dessa forma, uma última enzima importante age, a glicose-6-fosfatase
que retira o fosfato da molécula e permite a formação da molécula de glicose a ser
destinada aos demais tecidos corporais.
2) Quando a razão insulina/glucagon diminui a célula necessita aumentar a
glicemia. Explique como o pâncreas o fígado e o tecido adiposo trabalham de
forma integrada para aumentar a glicemia? (1,0)
O glicogênio é uma molécula formada pela união de glicoses em cadeias
longas, que está presente no organismos dos animais, principalmente nos músculos
e no fígado. Sua importância para os músculos esqueléticos está relacionada com a
função dos mesmos na movimentação locomotora dos indivíduos. Já no fígado, o
glicogênio possui importância pois é a partir da quebra dos mesmos que inúmeros
tecidos corporais receberão fornecimento de glicose durante períodos de jejum
curto. Ademais, quando reserva se esgota, há a mobilização de ácidos graxos do
tecido adiposo para suprir a falta de energia.
Quando a razão insulina/glucagon diminui o indivíduo entra para o estado
metabólico de jejum, onde órgãos como o pâncreas, o fígados e o tecido adiposo
atuam para a manutenção dos níveis glicêmicos na corrente sanguínea de forma a
prover nestas circunstâncias e energia necessária para as células.
Primeiramente, quando a razão insulina/glucagon diminui as células alfa do
pâncreas são ativadas para a liberação de glucagon na corrente sanguínea. Esse
hormônio é responsável pelas vias que atuam nesta situação, como a glicogenólise,
a gliconeogênese e a oxidação de ácidos graxos.
No fígado (e nos músculos) esse hormônio ativa o processo de degradação
de glicogênio. As moléculas de glicose desse polissacarídeo são degradadas em
glicose-1-fosfato, posteriormente em glicose-6-fosfato - nos músculos a
glicose-6-fosfato é utilizada diretamente na Via Glicolítica para a manutenção dos
movimentos - que no fígado é transformada em glicose livre na corrente sanguínea
para ser utilizada pelas células dos demais tecidos. Esta reserva de glicogênio,
contudo é limitada com uma duração de 4-6 horas. Após esse período, há a
mobilização do tecido adiposo que, diferentemente do glicogênio, é uma reserva
ilimitada de energia. Nesse caso há a mobilização dos ácidos graxos presentes nos
adipócitos que são liberados na corrente sanguínea até chegarem no fígado. No
tecido hepático os ácidos graxos são utilizados como combustível deste órgão
enquanto o excesso de Acetil-CoA proveniente das reações metabólicas é
transformado em corpos cetônicos com destino às demais células dos tecidos
corporais que possuem uma enzima, a tioforase, responsável pelo transporte desse
composto para ser utilizado como ativador do Ciclo de Krebs e as demais vias da
respiração celular.
3) A gliconeogênese é a síntese de glicose a partir de compostos não
glicídicos. Alguns fatores podem afetar o funcionamento desta via. Baseado
nessa informação responda as questões abaixo:
a) Explique o que acontece com o funcionamento da via quando aumenta a
razão ATP/ADP citosólica. (0,5)
Os níveis elevados de adenosina trifosfato, quando o organismo está sob
influência da insulina (estado alimentado; alta taxa de glicose sanguínea indica que
processos estimulados pelo hormônio insulina, como a glicólise (Ciclo de Krebs e
fosforilação oxidativa, consequentemente) está funcionando. Contudo, quando a
razão ATP/ADP citosólica está muito elevada, o ATP age como um efetor alostérico
negativo da Via Glicolítica.
Por outro lado, quando o organismo está sob influência do glucagon (estado
de jejum; baixa taxa de glicose no sangue), o mesmo age como um regulador
negativo das enzimas que atuam na glicólise e, consequentemente, ativa as
enzimas da gliconeogênese. Essa via, por sua vez, precisa dessa razão ATP/ADP
elevada no citosol para a conversão do composto 3-fosfogliceratoem
1,3-bifosfoglicerato na quinta reação da via. Portanto, na gliconeogênese que ocorre
no citosol, os níveis elevados de ATP atuam como efetores alostéricos positivos.
b) Explique o que acontece com o funcionamento da via quando aumenta a
razão NADH/NAD+ citosólica. (0,5)
Em um metabolismo influenciado pelo hormônio glucagon/adrenalina, o
NADH citosólico é consumido na gliconeogênese na reação de conversão do
1,3-bifosfoglicerato em gliceraldeído-3-fosfato (sexta reação da gliconeogênese a
partir das reações ativadas pelo piruvato). Através disso, a síntese de glicose a
partir de moléculas que não são carboidratos não pode ocorrer sem a presença de
NADH disponível. Dessa forma, a elevada concentração NADH/NAD é um efetor
alostérico positivo para a via da gliconeogênese.
c) Explique como estaria o funcionamento da via no estado alimentado, no
estado de jejum e sobre influência do estresse. (1,0)
No estado alimentado a alta taxa de glicose sanguínea estimula a liberação
do hormônio insulina a partir da célula β no pâncreas. Este hormônio estimula a
atividade das vias como a glicólise (quebra da molécula de carboidrato para fornecer
energia aos tecidos); glicogênese (reserva energética) e a síntese de ácidos graxos.
Nesse estado, as enzimas que atuam na glicólise inibem a atuação da
gliconeogênese.
No estado de jejum em que a glicose sanguínea é diminuída, o pâncreas
recebe a sinalização e libera glucagon. Esse hormônio ativa vias que mobilizam
reservas de energia para a manutenção do funcionamento do organismo
(glicogenólise, gliconeogênese e oxidação de ácidos graxos). Nesse caso a via da
gliconeogênese é ativada após o estoque de glicogênio no fígado e nos músculos já
foi utilizado. Essa via é importante, pois através dela é possível transformar
substâncias como o piruvato e o lactato em glicose.
Ademais, em uma situação de estresse físico o hormônio cortisol é liberado
no organismo, na tentativa de diminuir os impactos dessa situação para o
metabolismo. Contudo, o mesmo promove a ativação da enzima-chave da
gliconeogênese (fosfoenolpiruvato carboxicinase, que converte oxalacetato em
fosfoenolpiruvato no primeiro contorno desta via) e, consequentemente, aumenta os
níveis de glicose na corrente sanguínea pelo funcionamento da via da
gliconeogênese.
4) Ricardo ganhou muito peso nas últimas semanas devido a dieta baseada em
pouca gordura, adequada quantidade de proteína, mas excessiva em glicídios,
especialmente açúcares refinados. Esse excesso de glicídios foi
convertido em lipídeos (gorduras) contribuindo para o ganho de peso de
Ricardo. Com seus conhecimentos bioquímicos como você poderia explicar o
aumento de gordura corporal observado no Ricardo. (1.0)
O caso de Ricardo está relacionado com a questão de que o excesso de
nutrientes que não são lipídios (como proteínas e, nesse caso, carboidratos)
também podem ser armazenados no organismo no tecido adiposo.
Durante o estado alimentado, pelo excesso de glicose na dieta desse
paciente, a insulina estava ativando processos como a glicólise, o armazenamento
da glicose restante como forma de preparar o metabolismo para situações de jejum
e, nesse caso, lipogênese através do excesso de açúcar circulante.
Bioquimicamente, altos níveis de glicose na corrente sanguínea estimulam
consideravelmente processos metabólicos como o Ciclo de Krebs. Nesse caso, a
grande produção de energia que está acontecendo aumenta a razão NADH/NAD na
célula e inibe as enzimas do Ciclo de Krebs. Dessa forma, o citrato que está sendo
excessivamente produzido na primeira etapa do ciclo do ácido cítrico sai da
mitocôndria e vai para o citosol. No citosol essa molécula sofre degradação pela
enzima citrato-liase em oxaloacetato e Acetil-CoA no meio intracelular. O excesso
de Acetil-CoA no citosol é precursor da produção da molécula de ácido graxo. O
aumento da produção de ácidos graxos estimula a formação de triglicerídeos que
serão depositados no tecido adiposo (uma reserva ilimitada de energia).
Dessa forma, o aumento do nível de gordura corporal de Ricardo através de
uma dieta rica em carboidratos pode ser explicado.
5) Lofata Burne é uma garota de 16 anos que foi diagnosticada com uma
deficiência genética na enzima acil-CoA-desidrogenase de ácidos graxos de
cadeia média (MCAD). Essa enzima é chave para realização da β-oxidação de
ácidos graxos de cadeia curta, média e longa. Responda abaixo:
a) Qual a importância da β-oxidação de ácidos graxos para o metabolismo
celular? (0,5)
A β-oxidação é um mecanismo essencial envolvido na oxidação dos ácidos
graxos em situações de jejum prolongado ou intensas atividades físicas, onde a
reserva de glicogênio já foi utilizada. A β-oxidação ocorre a nível mitocondrial e está
dividida em três etapas de funcionamento, onde sequencialmente ocorre a quebra
da cadeia longa de ácido graxo de 2 em 2 carbonos, liberando uma molécula de
Acetil Coenzima-A a cada reação de quebra. Essas moléculas de de Acetil-Coa são
precursoras das voltas do ciclo do ácido cítrico, onde, ao longo do processo, serão
liberadas coenzimas (NADH e FADH2) que posteriormente serão utilizados no
processo de respiração celular na geração de adenosina trifosfato (ATP).
Exemplo: na oxidação de um ácido graxo de 16 carbonos, a β-oxidação
através de suas reações irá liberar 8 moléculas de Acetil-CoA que irão acionar 8
voltas no Ciclo de Krebs, resultando, por volta, em: 3 moléculas de NADH (9 ATPs
na fosforilação oxidativa); 1 molécula de FADH2 (que resulta em 2 ATPs) e 1 GTP
que resulta em 1 ATP na respiração celular. Ao todo, serão 96 moléculas de
adenosina trifosfato na β-oxidação de um ácido graxo de 16C.
Além disso, durante as reações de oxidação também são liberados 1
molécula de FADH2 e uma de NADH a cada quebra de dois carbonos na cadeia.
Posteriormente a fosforilação utiliza a energia proveniente dessas coenzimas para a
produção de aproximadamente 35 moléculas de adenosina trifosfato - considerando
um saldo de 2 ATPs por FADH2 e três ATPs a partir de NADH, contabilizando as 7
reações de quebra de dois carbonos em uma cadeia de ácido graxo com 16C.
Total: 131 ATPs.
b) Explique porque a Lofata se sente fatigada quando realizou um exercício
físico aeróbico em jejum. (0,5)
Nas reações que compõem a β-oxidação várias enzimas são mobilizadas e
ativadas para a quebra das cadeias médias e longas de ácido graxo. Uma dessas
enzimas, envolvida numa etapa, a Acil-Coa-desidrogenase. A ação dessa enzima
é essencial para a ativação das reações de oxidação dessas cadeias. No caso de
Lofata, foi descoberto posteriormente, a deficiência dessa enzima, o que tornava seu
organismo incapaz de oxidar ácidos graxos em situações de jejum prolongado (após
a utilização das reservas de glicogênio) ou durante exercícios físicos de considerável
demanda metabólica. Isso explica, por exemplo, as altas taxas de ácidos graxos de
cadeia média e longa não oxidados na sua corrente sanguínea.
Ademais, como a mobilização de gorduras a partir da oxidação de ácidos
graxos compreende uma ferramenta metabólica que permite a produção de ATP
durante períodos de déficit calórico (e de glicose), como Lofata não consegue utilizar
essa reserva de energia, a mesma sentia-se fatigada durante seus exercícios
aeróbicos pois suas células, sem uma fonte de alimento ou Acetil-CoA para a
mobilização do ácido cítrico e, posteriormente, a produção de adenosina trifosfato,
encontravam-se em estado de estresse pela falta de ATP.
6) Durante o estado alimentado ocorre um aumento de malonil-COA no citosol
das células induzindo maior lipogênese. Nesse sentido, o aumento de
malonil-COA inibe a enzima carnitina acil transferase-1. Explique o que
representa essa inibição enzimática para o metabolismo dos ácidos graxos de
cadeia média e longa. (1,0)
No processo de lipólise, a β-oxidação ocorre dentro da mitocôndria, porém,
para que isso seja possível os ácidos graxos devem transportados do citosol para
dentro da matriz mitocondrialatravés da ação da enzima carnitina
acil-transferase-I. Contudo, esse processo só é necessário em casos onde o
organismo está em jejum. Durante o estado alimentado, no entanto, a ação do
composto químico malonil-CoenzimaA, é essencial no processo de lipogênese
(síntese de ácido graxo), no qual o aumento de Acetil-CoA (que indica excesso na
ingestão de alimentos acima das necessidades celulares de metabolismo) é o
precursor para a ativação desse processo e inibição dos processos de lipólise.
7) A patologia do Diabetes Mellitus é caracterizada por uma alteração no
metabolismo da glicose. De acordo com as alterações bioquímicas observadas
nessa patologia responda as questões abaixo:
a) Por que o diabético do tipo 1 pode apresentar cetogênese? (1.0)
A insulina é um hormônio secretado pelo pâncreas em resposta ao altos
níveis de glicose na corrente sanguínea, normalmente após a ingestão de alimentos
ricos em carboidrato. Tal hormônio é um sinal para que vias como a glicólise (quebra
da glicose no citosol das células) e a glicogênese (formação de reserva de
glicose nos tecidos através do glicogênio) sejam ativadas e, consequentemente, a
glicose seja digerida pelo organismo. De acordo com isso, o organismo de uma
pessoa com diabetes tipo 1 não realiza processos metabólicos que necessitam de
glicose, nesse caso, há o metabolismo de outros nutrientes, como proteínas e
gorduras.
A diabetes tipo 1 é uma comorbidade que inibe a produção das células beta
no pâncreas, as quais secretam insulina nas situações de alta glicose sanguínea.
Em consequência a falta desse hormônio, a célula não recebe a sinalização de que
a proteína GLUT4 (responsável pela entrada de glicose na célula) cumpra sua
função transportadora. A glicose em excesso, portanto, é transportada até o fígado,
o qual, nessa situação entende que os níveis desse carboidrato estão elevados e o
oxida em Acetil-CoA que, posteriormente, o Acetil-CoA presente em excesso no
fígado é utilizado na síntese de corpos cetônicos que serão enviados aos tecidos do
corpo para serem utilizados como fonte de energia. O fígado não consegue utilizar a
energia contida nos corpos cetônicos pois não tem a enzima tioforase que transporta
esses compostos para o citosol das células dos outros tecidos corporais.
O paciente diagnosticado com diabetes tipo 1, portanto, não possui reservas
de glicogênio e não degrada a glicose na Via Glicolítica, nesses casos, o organismo
oxida os ácidos graxos e sintetiza corpos cetônicos para suprir essa necessidade
constante de energia para as células dos tecidos.
b) Uma característica do diabético do tipo 2 é a resistência à insulina. Quais
seriam as alterações bioquímicas observadas? Escolha umas dessas
alterações e explique como atuaria no metabolismo celular desse indivíduo.
(1,0)
Em um paciente diagnosticado com diabetes do tipo 2, a produção de insulina
continua acontecendo no pâncreas em razão aos elevados níveis de glicose na
corrente sanguínea, porém, o organismo adquire certa resistência aos efeitos desse
hormônio por parte dos receptores. Esses receptores são importantes no envio de
sinal para que as proteínas envolvidas no transporte de glicose na célula.
Entre as alterações químicas observadas nessa comorbidade estão a
dificuldade de manutenção dos índices glicêmicos no sangue; a diminuição da
inibição de enzimas atuantes na gliconeogênese - o que torna tal processo
consideravelmente ativo no organismo; diminuição da ação antilipolítica - contrária
ao processo de lipólise - aumentando a lipólise);
Em um indivíduo saudável, a liberação da insulina frente ao aumento de
glicose na corrente sanguínea estimula processos como a glicólise (o que,
consequentemente, inibe a ação da gliconeogênese), porém quando há a
diminuição da manutenção da glicose sanguínea em casos em que há distúrbios na
produção ou recepção de insulina não há a inibição da gliconeogênese, o que torna
essa vida mais ativa.
Ademais, o hormônio insulina estimula o processo de lipogênese em um
organismo saudável. No caso da diabetes tipo 2, esse processo fica inibido e
consequentemente há maior ativação da lipólise. Nesse caso, o indivíduo não
emagrece como era de se esperar, isso acontece devido a quantidade de gordura
circulante na corrente sanguínea devido ao excesso de lipólise.