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BIOQUÍMICA METABÓLICA 4 principais hormônios de ação: Insulina, glucagon, epinefrina, cortisol Mapas mentais, de integração e mapas metabólicos. 5 Células de referência: Célula hepática, tecido adiposo, sanguínea, muscular, nervosa Como organizar um mapa metabólico? Uso de cores, sentido de setas, nome do intermediário metabólico... Dorival Filho (vias metabólicas) Me salva bioquímica Manual de bioquímica com correlações clínicas ou bioquímica médica básica de marks ou bioquímica médica BIOENERGÉTICA E METABOLISMO Energia associada a processos biológicos. A célula não produz energia, ela transforma a mesma. A energia de ligações químicas tem uma relação com macro e micronutrientes. Processos metabólicos são integralmente relacionados com energia, tanto em processos de desconstrução quanto em processos de formação. É redundante dizer metabolismo celular. O ser humano é um organismo extremamente complexo. Todas 200 células são derivadas de uma só, ou seja, toda a informação do nosso genoma é comum a todas células. Genoma é um conjunto de genes. Fenotipicamente falando, essas células não são iguais. Apresentam formas e funções diferentes. Um gene pode ser expressado de uma forma em uma célula, porém não vir a ser expressado em outra. Portanto, o processo metabólico é diferente. O metabolismo das substâncias não é igual em todas as células em qualquer estado fisiológico. O estado fisiológico pode ser determinado por uma interação com o ambiente, pela ausência de determinado tipo de macronutriente, o que pode induzir à liberação de hormônios. Alteração metabólica pode ser diferente conforme o tipo de célula. Estudar uma via metabólica num tecido, pode significar dizer que existe singularidade para alguns, mas também diferença para outros tantos. Metabolismo não é sempre igual, nunca! Nem num mesmo organismo, muito menos em organismos diferentes. Apesar de falarmos de mesma estrutura genética, a composição básica das células nem sempre é a mesma. Ex: hemácia e células do cristalino não têm mitocôndrias. O glucagon atua desde que exista um receptor na célula para ele e nem todas células possuem receptor para glucagon. Então, independentemente do tempo que estiver em jejum, algumas células não sofrerão a influência desse hormônio. No entanto, para aquelas células onde o receptor do glucagon está presente, é possível falar numa alteração de processo metabólico ao comparar com o estado alimentado, onde o nível de glucagon é baixo. Por mais que eu fale numa determinada capacidade da célula de transformar uma substância em outra, nunca podemos esquecer que em nosso corpo existem as chamadas isoenzimas (posso ter diferentes tipos de proteínas, porém desempenhando a mesma ação, porém geralmente não com mesma eficácia e velocidade. Então, é comum dizer que em alguns tecidos, a velocidade de uma via metabólica tende a ser maior do que em outra. Agem em células diferentes ou em locais diferentes da mesma célula) Nem todos os organismos vão apresentar a mesma resposta enzimática, a mesma eficácia. O próprio organismo pode apresentar uma deficiência enzimática. Ou seja, a proteína pode ser diferente e, por isso, menos eficaz. A alteração de um parâmetro num exame clínico pode não estar relacionada apenas com ausência de macronutrientes. Nem sempre está relacionada com a produção e secreção de hormônios. Deficiência pode estar relacionada ainda a um erro inato do metabolismo (não tem a presença da enzima, ocorrendo a ausência total de determinada ação, podendo impactar de uma forma muito significativa). Não existe velocidade de desenvolvimento igual para todos os tipos de células, para todas as regiões do corpo, os membros se desenvolvem muito mais rápido do que a cabeça depois que nascemos. Ou seja, os processos metabólicos são diferenciados. O mesmo órgão pode apresentar diferentes funções. Eu posso ter todos os aminoácidos disponíveis para sintetizar uma proteína, essa proteína é uma enzima, faltou um grupamento prostético para a enzima, não terei função. Se não tiver o grupamento prostético no momento da síntese proteica, a enzima não vai funcionar. Por isso a importância da disponibilidade das vitaminas. As enzimas NÃO SÃO transformadas durante a reação catalisada, por isso muitas vezes dependem de outras moléculas (não proteicas) ligadas covalentemente à molécula enzimática (grupamento prostético), ou não ligadas covalentemente (coenzimas). A maior parte dessas moléculas corresponde à vitaminas, ou derivadas delas. Vale ressaltar também que diversos íons metálicos são integrantes de diversos grupamentos prostéticos. Falta de um micronutriente altera no processo metabólico. Digestão não é metabolismo! Ao dizer que vou metabolizar um nutriente exógeno, quero dizer que vou obter este nutriente por meio da dieta e que, a partir do momento em que absorvi o nutriente é que vou começar a fazer a sua transformação Metabolismo – meio interno Digestão – meio externo Deficiência de enzima extracelular é mais fácil de superar do que deficiência de enzima intracelular. Somos euterotróficos, não somos capazes de produzir nosso alimento. O ser humano pode ficar até mais de um mês sem ingerir nada. Se ficar um mês sem comer nada, a glicemia não vai zerar. Mas se a glicemia não zera, significa que estou repondo glicose no sangue para que algumas células retirem essa glicose do sangue. A origem desta glicose é endógena, porém o estoque de glicogênio não é ilimitado. No final do terceiro dia já não tenho glicogênio no fígado. Então a glicose passa a vir da gliconeogênese (transformação de aminoácidos em glicose) A molécula de glicose é construída a partir de outras substâncias. Não se pode falar que vai parar de fazer catabolismo de glicose mesmo que esteja num jejum prolongado. Independentemente de estar ou não em jejum, alguns processos metabólicos continuam ocorrendo em nosso corpo, o que muda é a fonte (origem do tipo de molécula que está sendo metabolizada) Não é porque fiz a digestão que vou conseguir fazer a absorção. Depende da integridade da mucosa. Uma pessoa idosa apresenta menor capacidade absortiva, assim como paciente com câncer, em fase avançada de HIV. Portanto, não é só a alimentação que provê a nutrição. Integridade de mucosa está relacionada com absorção de nutrientes. Aminoácidos, carboidratos, vitaminas hidrossolúveis, sais minerais, álcool, caem direto na corrente sanguínea, no capilar. O primeiro alvo desse tipo de substância é o fígado (papel de distribuição desses nutrientes. Não tem função endócrina, não produz hormônio que vai regular o metabolismo desses nutrientes, mas responde aos hormônios pancreáticos). Ao terminar de comer, com o nível de insulina aumentado, o fígado vai perder boa parte dos carboidratos e aminoácidos. Por outro lado, lipídios, que são grandes demais serão absorvidos na forma de quilomícrons. Vitaminas lipossolúveis associadas a essa gordura são transportadas no vaso linfático, caindo na circulação sistêmica antes de ser levado para o fígado. Isso muda o processo de destinação do nutriente. O fígado não é o primeiro órgão a absorver o triglicerídeo exógeno. Poderia ser o tecido adiposo ou o tecido muscular. Secundariamente passa a ser o tecido hepático. O cérebro não é o primeiro a receber glicose, o primeiro vai ser o fígado. O metabolismo é um conjunto de reações químicas ordenadas (existe sequência) e reguladas (fatores intracelulares e a ação de hormônios, que podem influenciar) Se uma célula está desconstruindo glicose, essa mesma célula de preferência vai construir glicose, não ao mesmo tempo. A decomposição será chamada de catabolismo e a construção de anabolismo. É possível ocorrer simultaneamente, desde que em locais distintos, nunca na mesma célula – ciclo fútil, a célula não ganha nada, só está gastando energia à toa. Energia é a capacidade de desenvolver trabalho. Existem 3 formas de trabalho que uma célula faz: manutenção, biossíntese e deslocamento Célula está sujeita a alteração por causa de mudança no ambiente, sujeitaa ganhar mais sódio e consequentemente mais água. Isso pode levar a membrana à lise. A célula ao tentar expulsar a água está fazendo uma regulação hosmótica. Pode fazer graças ao movimento da bomba de sódio e potássio, que expulsa o excesso de sódio, evitando que a célula inche. MANUTENÇÃO é trabalho e necessita de energia. Ao me alimentar, trago nutrientes exógenos, coloco moléculas que precisam ser metabolizadas. As enzimas necessárias para metabolizar os nutrientes da ingestão às vezes precisam ser construídas, às vezes já se encontram nas células. Produção de enzimas ocorre o tempo todo. Para poder oxigenar, faço respiração pulmonar. Associado à ela, preciso fazer bombeamento sanguíneo, que é deslocamento. Ao ingerir o alimento também está em deslocamento, assim como todo trânsito intestinal. Ao caminhar também estou fazendo deslocamento, contraindo a musculatura. Energia usada para trabalho, pode ser utilizado o termo energia útil. Energia utilizada no organismo é energia química, usualmente conhecida como ATP (nucleotídeos), mas também derivados de nucleotídeos. Além do ATP, energia também é dissipada na forma de calor. Quando eu saio de um nível de energia maior para um nível de energia menor, estou fazendo uma decomposição. Quando o nível de energia inicial é maior do que o final ao longo do caminho eu retirei energia. Processo exergônico. Quantidade de energia no produto é menor do que no substrato. Por outro lado, ao fazer o caminho inverso, adiciona-se energia e chama-se processo endergônico. Se o trabalho na célula for biossíntese, posso chamar de catabolismo e anabolismo. Dimitrofenol – aumenta trânsito de partículas na mitocôndria. Já matou muita gente em academia, mas muita gente continua usando. Aumento da frequência cardíaca devido à produção de calor. Pode levar à arritmia cardíaca. Aumenta termogênese facultativa É natural aumentar a produção de calor quando comemos. Calor dinâmico específico, pode elevar 1º da temperatura corporal (aumenta termogênese) Termogênicos naturais elevam mais ainda. Energia potencial pode se transformar em outra, cinética é energia de deslocamento. Ao ir de uma energia potencial máxima para uma mínima, ou zero, posso dizer que a energia potencial final é menor do que a inicial. Ao longo do caminho foi transformada para energia cinética, perdeu energia. Anabolismo só acontece depois que fizer catabolismo. No processo metabólico muitas vezes encontramos acoplamento energético (a energia de um processo vai proporcionar a ocorrência de outro. Processo endergônico exige exergônico concomitantemente ou previamente) Construo ATP num processo exergônico. Gasto ATP num processo endergônico. Princípios da termodinâmica - quantidade total de energia é sempre conservada. Energia não se perde, apenas muda a forma. Mas muda a capacidade de organização. Quanto mais calor, mais aumenta a entropia (desordem) - enquanto estou organizando meu Universo, estou dissipando calor, que não é uma energia que o universo consegue reaproveitar (há uma desordem no sistema) A energia útil para a célula fazer trabalho, muitas vezes chamada de ATP (mas não é só o ATP), é construída na medida em que a célula está transformando energia química, por exemplo, da glicose, em CO2 e água. Se eu interrompo, por alguma razão, essa transformação de energia, eu não tenho condições de iniciar nenhum processo de biossíntese, manutenção ou deslocamento. A manutenção do ATP em nossas células, é feita de maneira a tentar propor uma diferença de concentração muito grande a outras moléculas de nível energético mais baixo. É importante manter a disponibilidade constante de ATP. Quanto mais alto essa concentração estiver, mais predisposta a célula estaria para fazer biossíntese, deslocamento e manutenção. Todos esses processos, os quais são chamados de trabalho, na verdade estão relacionados ao gasto energético. Preciso construir a estrutura organizada do ATP para depois desconstruir. Se eu vou desconstruir essa estrutura do ATP, estou fazendo a quebra do ATP, processo exergônico. O processo de formação é endergônico. Uma reação não espontânea, só pode acontecer se estiver acoplada a uma reação espontânea. Eu faço um processo espontâneo exergônico, eu acumulo uma certa quantidade de energia, para depois realizar um processo não espontâneo, ou endergônico. Catabolismo – decomposição Anabolismo – formação Não importa a quantidade de energia, mas a quantidade total no sistema sempre se mantém. Quanto mais processos metabólicos eu faço, mais calor eu dissipo. Termogênese obrigatória e facultativa Se eu tenho que produzir energia, e parte dessa energia é dissipada na forma de calor, o ATP (não somente ele) fará uma conexão entre processos catabólicos e trabalho. A quantidade de ATP para iniciar um catabolismo, normalmente deve ser baixa. Por outro lado, a quantidade de ATP para iniciar um anabolismo, deve ser mais alta. A disponibilidade de ATP dentro da célula pode servir para regular processos. ATP é efetor alostérico de muitas enzimas.( Molécula que se liga a um local diferente do sítio ativo, alterando a função da proteína a que é anexado. Também chamado modulador alostérico.) Ao olhar uma estrutura de nucleotídeo, como o ATP, tenho uma base nitrogenada, um açúcar e 3 grupamentos fosfato. Se a minha base nitrogenada é a adenina, o nucleotídeo se chama adenosina trifosfato. A ligação entre o carbono do açúcar e o primeiro fosfato, é chamada ligação fosfoéster. Do ponto de vista energético, não espero ter que quebrar essa ligação. Caso faça isso, estou decompondo o nucleotídeo. Significa que vai eliminar a adenina provavelmente como ácido úrico (derivado de adenina e guanina). Eu naturalmente elimino ácido úrico na urina, o que significa dizer que eu degrado nucleotídeo. Também posso quebrar a ligação anidridofosfórico ou fosfoanidrido. Quanto mais próximo o fosfato estiver do açúcar, mais forte é a ligação química A quebra da molécula de ATP, resultando em ADP e Pi, libera certa quantidade de energia no sistema. A quantidade de energia no início é maior, pois tem mais grupamentos fosfato Quanto mais fosfato uma molécula tiver ligado a ela, maior é seu nível de energia. Molécula que só tem 1 fosfato tem menor nível de energia. Dependendo de como o ATP é quebrado, a quantidade de energia liberada é maior (pode ser uma necessidade para algumas reações metabólicas). Essa energia permite fazer trabalho (biossíntese, manutenção e deslocamento) Quando quebra na primeira ligação representa maior liberação de energia. Base nitrogenada é formada por aminoácidos. Açúcar é derivado principalmente da glicose. Se eu começasse a construir uma célula nova, ao dividir uma célula na tentativa de reconstrução de um tecido, eu preciso dividir o conteúdo celular entre as duas células antes de dividir a célula (mitose – 2 células a partir de uma). Célula que está se dividindo, se tem núcleo e DNA, provavelmente também tem mitocrôndias. Para a célula se dividir, antes é preciso multiplicar a quantidade de ácidos nucleicos. Em dados momentos, preciso de mais nucleotídeos, portanto terá muito mais aminoácidos, na tentativa de sintetizar novas bases. Também precisa de mais açúcar para construir mais pentoses. Ao se dividir, divide-se a população de nucleotídeos. Conforme vai crescendo, a célula precisa aumentar a quantidade. Porém, não se pode construir nucleotídeos de forma indefinida dentro da célula. Tenho um limite espacial para a composição da célula. Caso tenha deficiência no fígado, vai produzir muito nucleotídeo e, consequentemente, vai liberar muito ácido úrico. Então, a base nitrogenada é liberada como ácido úrico. Algumas deficiências enzimáticas trazem uma grande produção de ácido úrico. Portanto, não adianta mexer só na dieta da pessoa, mas ajuda. O nucleotídeo não permanece durante toda a vida da célula. Hora eu posso quebrar o nucleotídeo e reconstituí-lo, hora vou quebrar e eliminar os seus componentes. Quanto mais elimino seus componentes, mais acido úrico vou liberarna forma de adenina e guanina. Quanto mais eu restauro meu nucleotídeo, supostamente vou diminuindo a liberação de ácido úrico. (Só produzo ácido úrico a partir de adenina e guanina.) Quebra de ATP em ADP e Pi é reversível. Fosforilação - adiciona fosfato Fosfatos podem ser trocados entre nucleotídeos. Energia utilizada para quebra de ATP não pode ser a mesma utilizada para ressíntese, porque aquela energia foi dissipada para fazer trabalho. A quebra do ATP pode ocorrer em um local, porém a fosforilação em outro. Forforilação a nível de substrato Quando eu tiro fosfato de uma molécula e passo para o ADP, o ADP se transforma em ATP. A nível de substrato pois não estou pegando um fosfato livre, mas sim um fosfato preso a alguma molécula. Esse tipo de processo não precisa acontecer na mitocôndria. Não precisa de oxigênio. Processo em condição anaeróbia. PC – fosfocreatina é transformado em creatina. Fosfato é transferido. Numa atividade de explosão, onde preciso restaurar meu ATP rapidamente, posso usar minha fonte de reserva de fosfato, PC. ATP é quebrado para fazer contração do músculo, por exemplo. Às vezes a suplementação de creatina por si só não vai garantir necessariamente a formação de PC. Forma de produção de ATP pela hemácia (célula sem mitocôndria) Fosforilação oxidativa Nível de energia maior, não faz espontaneamente, precisa de uma forma de energia. A energia é proveniente da oxidação de algumas coenzimas. Ocorre em condição aeróbia, na mitocôndria. Célula que contém mitocôndria pode fazer os dois tipos de fosforilação. Ao falar em energia química, que a célula tem para desempenhar trabalho, posso ter outros nucleotídeos além do ATP. (GTP, UTP...) O único que pode fazer fosforilação oxidativa é o ADP, podendo contribuir para a regeneração de outros nucleotídeos. NAD, NADP, FAD, FMN O acoplamento energético envolve nucleotídeo e coenzima (são formas de energia útil na célula). Quando uma substância perde 2 hidrogênios ela está sofrendo oxidação, quando ganha 2 está sofrendo redução (recebendo). Não existe oxidação sem redução. A enzima não sofre mudança, quem sofre é a coenzima. Uma substância perde 2 hidrogênios e se transforma em outra molécula. Catabolismo é um processo de oxidação. Durante o mesmo, a coenzima é reduzida e o substrato é oxidado Anabolismo é um processo de redução. Enzimas e nucleotídeos podem atuar como efetores alostéricos, e, nesse caso, contribuem para a regulação do metabolismo. Coenzima hora tem carga positiva, hora não. Se tem carga positiva, pode ganhar elétrons, ainda não ganhou. Significa que está oxidada. Se já ganhou H, significa que neutralizou a carga positiva, sofreu redução. O NAD precisa ser combinado com uma substância capaz de perder H. Ex: glicose Se na célula tem predomínio de coenzima reduzida, é anabolismo, não catabolismo. Cosubstrato: 2 substratos Energia aproveitada no metabolismo exergônico e usada em reações endergônicas. Se a complexidade de uma molécula diminui, preciso aproveitar a energia útil na forma de nucleotídeos ou de coenzimas reduzidas. Se eu tenho energia útil, é porque transformei um macronutriente em produtos mais simples, ou com menor nível de energia. Dentro desta transformação, tenho 1 etapa onde eu preciso do NAD e o mesmo sofre NADH. Está sofrendo redução. Ao ligar na enzima molécula de NAD, liga agente oxidante. Quando o NADH está ligando, está ligando um agente redutor. Participa de ações de redução do substrato. NAD é coenzima ou cosubstrato. Dependendo da coenzima, pode ligar-se diretamente a 2 H. Ex: FAD e FMN (flavina mono nucleotídeo). Coenzimas derivadas de riboflavina, uma vitamina do complexo B, formam esse tipo de coenzima. No NAD e no NADP, só consigo ligar 1H, mas a reação de oxidação tira 2, ficando 1 livre. Célula não armazena ATP, não armazena NADH. Célula produz para, em seguida, utilizar nos trabalhos. Várias enzimas irreversíveis correspondem a pontos de regulação nas diversas vias metabólicas (pontos de não retorno) Enzimas podem ser reguladas de 3 maneiras, sendo elas: variação na concentração, variação no estado de fosforilação ou desfosforilação da enzima (modificações covalentes) e modificação da afinidade da enzima pelo substrato feita por efetores alostéricos. (uma enzima alostérica tem 2 sítios, 1 ativo e um regulatório. Quando a ligação é nesse último que muda a afinidade) Analogia processos metabólicos em diferentes estados: existem 2 torneiras numa pia. Eu posso abrir uma de cada vez ou as duas ao mesmo tempo. No ralo, tem um regulador de vazão, o qual se comunica com a tubulação e leva a água para o esgoto. Uma linha relativamente constante, que deverá ser mantida (linha de base – normoglicemia) A glicemia varia de 100mg/dl até 70mg/dl. Acima desse intervalo é chamada de hiperglicemia e abaixo de hipoglicemia. Ninguém vive com 0 de glicose no sangue. É possível viver com uma glicemia em torno de 30,40mg/dl (desde que aconteça um processo adaptativo). Porém, manter uma glicemia em torno de 200, 300, 400, é um caso muito perigoso e que pode provocar, inclusiva, infarto. Glicemia é um termo que se aplica à circulação, estou falando do plasma. Todas as células são capazes de consumir glicose. A quantidade de moléculas consumida pelas células depende da demanda energética. Se o ralo for a retirada de glicose para as células, significa dizer que a cuba vai esvaziar. Por outro lado, posso compensar o que está saindo abrindo as torneiras. Uma das torneiras é um enterócito, vem do intestino, a origem do nutriente vem de fora, do regime alimentar, da dieta. Ao abrir a torneira, inunda as células com nutrientes, dentre os quais glicose, fazendo com que a glicemia, que estava normal, aumente. A pia chega a correr o risco de transbordar. Então, abre o ralo para fazer uma drenagem rápida no excesso de glicose. A abertura desse ralo para drenar a glicose é a ação da insulina (aumenta a captação de glicose nos tecidos). Tendência de a glicemia baixar. Existe um intervalo de tempo aceitável entre a refeição e a volta da glicemia para um nível normal. Se a minha resposta insulínica estiver legal, eu baixo até em torno de 90mg/dl. Ao permanecer muito tempo sem comer, a torneira é fechada, a tendência é secar a cuba, o que não pode. Então, precisa abrir a outra torneira, o hepatócito, para no mínimo manter glicose no sangue. Para abrir uma torneira, a outra deve estar fechada. Origem da glicose é endógena (reserva de glicogênio do fígado ou gliconeogênese). Para manter a glicemia, preciso transformar aminoácidos em glicose (gliconeogênese). Para manter a glicemia, preciso quebrar o glicogênio (glicogenólise). Duas vias com finalidade de manter glicemia constante. O estado fisiológico traz alteração na concentração de hormônio, consequentemente vai tentar manter a homeostase, muitas vezes fazendo alteração de vias metabólicas. De preferência as 2 torneiras não estão abertas, mas num quadro de resistência insulínica, diabetes tipo 2, isso pode acontecer. Aqueles aminoácidos que foram absorvidos, não vão virar proteína necessariamente, podem se transformar em glicose. Comer menos carboidrato pode ajudar a provocar menor aumento da glicemia. No início do processo, tempo zero, ocorre realimentação ou quebra de jejum. Até 2 horas depois é o período prandial ou absortivo (nível de insulina lá em cima e de glucagon lá embaixo). Captação. De 2h após a refeição até 3h temos o período pós-prandial ou pós-absortivo. Após 3h, período de jejum (até 48h jejum inicial, para outros autores, 36h, para outros, 72h). Absorção: glicose do meio externo vindo para o interno. Quando a molécula vem a primeira vez para o corpo. Consumo de alimentos, digestão, pega componentes menores, faz com que os mesmos passem para dentro do corpo. Reabsorção: Faz parte do plasma, circulou no rim, fez ultrafiltração (no ultrafiltrado passaram glicose, aminoácidos...) Nutrientes ricos, não quero perder. Trago de volta para o ambiente interno. Tanto em uma quanto na outra, a principal formade fazer passagem de aminoácidos e açúcares é na forma de simporte com sódio. Neste caso, não é GLUT, é SGLT. O GLUT não está em contato com o meio externo, mas sim com o meio interno. Para GLUT o termo deve ser captação e não absorção e reabsorção. Quando eu digo que o GLUT é uma translocase, é preciso entender que existem 2 formas de difusão, a simples e a facilitada (precisa de uma proteína para atravessar a membrana. Se essa proteína é simplesmente um canal proteico, será chamada de permease; porém, se a proteína muda a conformação para garantir a passagem, o termo é translocase). A distribuição dos GLUT não é igualitária, existem células com mais de um tipo de GLUT. Mas existem populações celulares com um único tipo de GLUT, como os neurônios (GLUT3). 3 açúcares básicos que são metabolizados numa via glicolítica: glicose, frutose e galactose (podem ser metabolizados na mesma via como fonte de energia). Alguns GLUT metabolizam apenas um ou outro tipo de açúcar. GLUT4: adipócitos e músculos cardíacos e esqueléticos (apenas glicose). Não está permanentemente na membrana plasmática, somente após sinalização insulínica. Existem 2 tecidos insulínicos dependentes: muscular e adiposo. O GLUT não identifica o fosfato. Logo, a molécula de glicose não poderia sair da célula. Então, a glicose é utilizada em vários processos metabólicos dentro da célula. Glicólise: quebra da glicose (catabolismo, oxidação) Gliconeogênese: produção da glicose a partir de moléculas não glicídicas (aminoácidos, lactato e glicerol), caminho inverso da glicose (anabolismo, redução) Glicogênese: produção de glicogênio Glicogenólise: quebra do glicogênio Fase oxidativa da via das pentoses fosfato: não ocorre em todas as células, mas está muito relacionada com diminuição de danos formados por radicais livres, produção de lipídios. Apresenta a fase oxidativa e a fase de interconversão de açúcares. Fazer todas as vias ao mesmo tempo não é legal para a célula. As vias são estimuladas por hormônios diferentes. Dependendo da condição, estou fazendo glicólise numa célula hepática, em outra, estou fazendo gliconeogênese. Além de condição hormonal, efetores alostéricos podem definir para onde a glicose vai seguir. Posso ter 3 caminhos simultâneos. A glicólise é universal, é a única via encontrada em todas as células do corpo. Glicólise Fase preparatória: 5 reações. Endergônica. Gasta 2 ATPs Fase de pagamento: 5 reações. Exergônica. Não tem mais carboidratos, só ácidos Exocinase (atua em açúcares de 6 carbonos) ocorre em praticamente todas células, exceto onde ocorre glicocinase (hepatócito células beta pancreáticas. Atua apenas na glicose, mais específica). A secreção de insulina está relacionada ao aumento de TP nas células beta. Célula beta prancreática não reconhece frutose, não aumenta secreção de insulina, apenas com glicose. Consumo de muita frutose pode provocar aumento da glicemia dependendo do quadro hepático. A insulina muitas vezes está relacionada a aumento de produção da enzima no fígado. Quanto mais enzimas transformam glicose em glicose 6- fosfato, maior é a captação de glicose, ajudando a baixar a glicemia nos períodos prandial e pós-prandial. O que é produto de uma reação, torna-se substrato de outra. Quando transformo G em G6P, a quantidade de glicose da célula diminui. Quando essa reação ocorre rapidamente, mantenho baixa concentração de glicose dentro da célula. Isso favorece mais entrada de glicose dentro da célula. Isomerase: muda a função química ou muda de posição alguma substância. Quanto mais cedo encontrar na via um ponto de regulação, melhor aproveito a molécula dentro de uma célula. 3 mecanismos de regulação: aumento ou diminuição da concentração de enzimas, fosforilação ou desfosforilação ou alosteria. Posso ter um ponto de regulação que não seja enzima alostérica. Mas, em geral, são ponto de regulação. O processo de glicólise só acontece porque a molécula de glicose foi captada pela célula. E esse processo de captação é atribuído aos GLUTs. A glicose entra na célula por causa de uma diferença de concentração entre LIC e LEC. Graças a essa diferença de concentração, a maior disponibilidade de glicose tende a favorecer a primeira reação, de fosforilação da glicose. A glicose fosforilada pode seguir caminhos diferentes, o que ajuda a definir se vai seguir pela glicose é a 3ª reação, onde também ocorre fosforilação (passo limitante da via – a interrupção dessa fase impossibilita destinar a glicose para outros tipos de caminhos - velocidade da via. Pouca a quebra da glicose quando a célula não precisa de ATP). Enquanto uma molécula estiver fosforilada, ela tem carga elétrica negativa. Seu trânsito por membranas fica limitado (algumas atravessam membrana, mas dificilmente membrana plasmática – tendem a permanecer dentro da célula). Na glicólise, há fosfato retido em intermediários metabólicos. Enquanto o fosfato estiver ligado a um intermediário metabólico, não é livre. Quando tenho fosfato retido, diminuo a disponibilidade de fosfatos livres para a produção de ATP. Se eu comecei a fosforilar o açúcar, e preciso recuperar esse fosfato, do contrário não vou ressintetizar o ATP, preciso concluir uma via. Se não recuperar o fosfato por causa de uma deficiência enzimática, a minha capacidade de produção de ATP na célula vai cair, consequentemente a vida dessa célula fica limitada.Ex: intolerância de frutose que leva à retenção de fosfato em alguns intermediários metabólicos, diminui a capacidade de produção de ATP e pode levar à hipoglicemia. Tirei fosfato do ATP, acrescentei na glicose, diminui a energia no ATP, aumentei a energia na glicose. Agora está retendo fosfato no açúcar. Esse açúcar, posteriormente, pode se transformar em CO2 e H2O, o que significa que o fosfato vai possibilitar fazer a regeneração do ATP. Enquanto o fosfato estiver preso em um intermediário metabólico, a quantidade de fosfato livre na célula diminui e isso impacta na capacidade de ressíntese de ATP. Toda enzima alostérica é passível de ser ponto de regulação (mas nem todo ponto de regulação envolve enzima alostérica) Aldeído oxidado com H2O gera um ácido (sufixo ato) Fase preparatória só tem carboidrato, fase de pagamento só tem ácido após a 6ª reação. PH celular tende a diminuir. Uma das possibilidades para controlar o PH é eliminar hidrogênios na forma de água ou de lactato. Única oxidação durante a glicólise Via catabólica, agente oxidante. 2 maneiras rápidas de ressintetizar ATP sem ter que construir uma nova molécula: fosforilação oxidativa na mitocôndria, fosforilação ao nível do substrato (na mitrocôndria ou citosol) – em condição anaeróbica (caso da glicólise) Existem pelo menos 2 tipos básicos de fibra muscular esquelética: de contração rápida, muito pobres em mitocôndrias e ricas em glicogênio, as outras são ricas em hemoglobina, em mitocôndrias e com reserva pequena de glicogênio. A com pouca mitocôndria é mais rápida (branca). Numa situação de emergência são usadas as fibras glicolíticas (obtém energia da glicose em condição anaeróbica, acumulando grande quantidade de lactato – atividade de explosão) Fígado pode transformar glicose em piruvato. E esse piruvato pode, posteriormente, se transformar em acetil-coa e este pode se transformar em lipídio. Glicose para piruvato, no fígado, pode aumentar a disponibilidade de lipídios. Por outro lado, esse piruvato no fígado, pode voltar e se transformar em glicose. Numa outra condição, o piruvato pode ser usado na gliconeogênese e pode se transformar em glicose. No fígado, durante o jejum, enzima está inibida ou com concentração baixa. Com insulina presente, enzima pode estar ativa. Glicólise acontece em todas as células, mas não o tempo todo. Duas setas do mesmo tamanho significam que a reação é reversível nos 2 sentidos. Uma seta de tamanho reduzido significa que um sentido é favorável e espontâneo e o outro não. Construção de energia, transformando ADP e Pi em ATP. Não adianta ter enzima, substrato, se não tiver a coenzima necessáriapara fazer a via. Se uma célula não tem mitocôndria, a única forma de produzir energia é pela glicose. Se interromper o consumo, a célula deixa de fazer manutenção, por interromper a produção de ATP. Se uma célula não tem mitocôndria, o único destino dos seus piruvatos passa a ser lactato. 2 hidrogênios da glicose ficam presos na coenzima, diminuindo a quantidade disponível de NAD. Se acumular NADH, não vou conseguir fazer glicólise. Numa célula que não tem mitocôndria, o único caminho da molécula de glicose é terminar em lactato. (sangue possui lactato). Caminho de piruvato para lactato é mais curto, mais rápido, não depende de oxigênio e gera energia suficiente. Fibras musculares com menos mitocôndrias. Para o piruvato ir para a mitocôndria, a concentração de ambos deve ser mais baixa do que no citosol. Se tem menos piruvato na mitocôndria do que no citosol, é que o piruvato lá dentro está se transformando em outra substância. Dentro da mitocôndria, lactato vira acetil-coa. Se o piruvato entra na mitocôndria, o NADH não deve ser acumulado no citosol. Na condição aeróbia, piruvato atravessa a membrana mitocondrial e indiretamente os hidrogênios do NADH também. Não acumula lactato Minha célula tem mitocôndria, não tem condição aeróbia, tenho muito piruvato dentro da célula. O piruvato no citosol passa a se transformar em lactato. Tendência de não acumular, mas sim difundir para fora. Acidemia lática. Condição isquêmica: Ex: exercício de explosão. Quando o pH do sangue diminui, deve estar aumentando a concentração de lactato. (acidose – também provocada por ácidos cetônicos) Lactato é rico, não posso me dar ao luxo de jogar fora. Ou uso como combustível, ou transformo lactato em glicose. Em condições adversas, pode aparecer ácido lático na urina (mas preferencialmente não) Não somos capazes de transformar piruvato em acetaldeído e acetaldeído em etanol. (alguns animais são capazes de fazer isso – fermentação alcóolica) Gliconeogênese: formação de glicose a partir de algo que não seja carboidrato (álcool – glicerol, ácido – Ex: piruvato, lactato via piruvato, ácido propiônico ou aminoácidos). Se eu tenho diferentes estruturas moleculares, a via metabólica não vai ter necessariamente o mesmo número de etapas. Ao contrário do que foi falado na glicólise, não se pode cravar que tem 10 reações, por exemplo. O número de reações é variável dependendo do tipo de substrato utilizado. Ocorre nos hepatócitos (principalmente) e nas células colunares renais. Glicólise só ocorre no citoplasma, gliconeogênese não ocorre somente. No hepatócito, a gliconeogênese é a transformação de lactato em glicose. É compartimentalizada, pois ocorre em 3 locais diferentes, limitados por membranas: citosol, mitosol (matriz mitocondrial) e retículo endoplasmático. O lactato não vira obrigatoriamente glicose, pode ser acumulado como glicogênio. Uma das finalidades da gliconeogênese é diminuir o lactato no sangue. A finalidade principal da via é fornecer glicose para células extremamente dependente delas. (manutenção da glicemia. Quando a mesma diminui, acelero a via. Quando está alta, reduz ou até interrompe a via). Caso o indivíduo ingira apenas carne e gordura, está fazendo gliconeogênse (mesmo não estando em jejum). – insulina baixa. Se, de repente, consome um carboidrato, vira reserva no glicogênio hepático. Ao se consumir carboidrato acima do recomendado, de 2 em 2h, libera-se muita insulina e não está fazendo gliconeogênese, exceto quando estiver dormindo. Se na descida dependo do NAD, oxidação, se na subida dependo do NAH, redução. Pontos de regulação ou não retorno – enzimas que atuam exclusivamente na glicólise. Na gliconeogênese as enzimas são diferentes. Quando eu preciso de uma enzima que não é a mesma da glicólise, chama-se de desvio metabólico. Na gliconeogênese são usadas 7 das 10 enzimas utilizadas na glicólise e precisa adicionar outras enzimas, características dos desvios. Seta pontilhada é translocação. Piruvato pode ser transformado em oxaloacetato não apenas para fazer gliconeogênese. Também para oxidar um corpo cetônico. Reações de carboxilação dependem da biotina para acontecer. Oxoloacetato se transforma em malato, volta para malato e então para oxoloacetato pois não tem enzima para fazer a reação direto. Pode ocorrer glicólise e gliconeogênese ao mesmo tempo, mas em células diferentes. Se a célula fizer glicólise, e logo em seguida gliconeogênese, estará gastando mais energia do que forma (ciclo fútil – necessários processos regulatórios que impeçam a ocorrência dos mesmos). Na glicólise gera ATP, enquanto na gliconeogênese, consome. Para fazer uma molécula de glicose, gasta 4 ATP e 2 GTP, equivalendo a 6 ATP, sendo que na glicólise gera apenas 2 ATP. Não posso ter molécula fosforilada, senão ela não sai da célula. A remoção dos Pi ocorre nos desvios. Não completando o desvio, pode levar a uma acidose lática. Portanto, a deficiência de determinada enzima pode levar à hipoglicemia. Não adianta mudar a dieta da pessoa. A reação de transformação do piruvato em oxoloacetato é uma reação com segundas intenções ao se falar em oxidação de lipídios ou corpos cetônicos. Desfosforilização: frutose 1,6 bifosfato em frutose 6 fosfato GLUT não transporta molécula fosforilada Precisa de transportador na glicose 6 fosfato, senão se acumula na célula. Caso acumule, tudo que veio antes na gliconeogênese começa a acumular. Então acumula lactato no sangue também. Testes de expressão gênica ou busca de marcadores. Biópsia. Caso raro. Pode vir a desenvolver problema hepático, diabetes não. Uma enzima pode ser regulada de 3 maneiras diferentes: concentração enzimática (variação da quantidade de enzima), hormônio gera um segundo mensageiro, o qual pode promover uma mudança covalente na enzima (radical fosforil se liga covalentemente na enzima – hora liga e hora desliga o fosfato, fosforilação e desforilação. Segundo mensageiro principal é o AMPC) e regulação alostérica (independe de hormônio. Enzimas são moduladas por substâncias capazes de ligar no sítio alostérico e isso muda a afinidade que a enzima tem pelo substrato). Este último é o mais comum de acontecer. Algumas enzimas apresentam junção desses processos. Se eu variar uma condição dentro de uma célula, pode ser que eu esteja inibindo uma enzima. (“inativando” – a capacidade da enzima se ligar ao substrato, diminui. A afinidade da enzima com o substrato é menor. Por causa disso, a velocidade da reação cai. Se a velocidade da reação cai, a velocidade de uma via metabólica também cai. Se muitas células fazem glicólise, a glicemia diminui. A glicólise é ativada de modo mais amplo quando o nível glicêmico é maior. Estimula secreção de insulina. Se, por alguma razão, estou transformando a glicose em piruvato no fígado, provavelmente esse piruvato vai dar origem a outro composto. Um catabolismo preparando uma molécula para o anabolismo. Nesse caso, o piruvato vira acetil-coa e esse vai se transformar em lipídio (o fígado vai transformar lipídio a partir de carboidrato). Fígado está ajudando a diminuir a glicemia. Glucagon promove a gliconeogênese (aumentar a glicemia) Glicólise: diminui a glicemia Gliconeogênese: aumenta a glicemia Existem possibilidades de resistência à insulina, característica de diabetes 2, onde a glicemia está alta, e o fígado está fazendo gliconeogênese. Necessidade de tomar um medicamento que inibe a PEPCK Ao produzir glicose e quebrar, ao mesmo tempo, na mesma célula, vai ficar com um déficit de 2 ATPs. Não se enquadra nem em biossíntese, nem em manutenção, nem em deslocamento. Ciclo fútil. A ação da PFK1 corresponde à terceira reação da glicólise ou 2º desvio na gliconeogênese (FBPASE1) Uma enzima alostérica é influenciada por moléculas do ambiente e essa influência pode garantir o contato (afinidade) ou impedir o contato (inibição enzimática). Moduladores. Modulação positiva e negativa. Se liga no sítio de uma enzima a molécula que estiver em maior quantidade (concentração é determinante para definirquem vai ocupar o sítio alostérico). Ao diminuir a concentração da substância, tende a se desligar. É comum um efetor alostérico positivo para uma enzima se tornar negativo para outra. Da mesma forma que a fosforilação pode ativar uma enzima, a fosforilação pode inativar outra. Fosforilação ativa algumas enzimas, mas também inativa outras. Existem enzimas com capacidade de fazer ações diferentes. Quando uma mesma enzima faz ações distintas, é chamada bifuncional. Se uma enzima é bifuncional, hora ela vai fosforilar, hora vai desfosforilar. Se de um lado a frutose foi fosforilada, prevalece a ação da PFK2. Se, no outro sentido, a frutose está sendo desfosforilada, prevalece a ação da FBPase2. (não são enzimas diferentes, é uma enzima bifuncional, o sentido da reação é que muda). Caso ocorram simultaneamente não vai regular glicólise e gliconeogênese. Frutose não induz aumento da liberação de insulina! Metabolismo da frutose independe de insulina, enquanto o da glicose, depende. Frutose pode ser obtida a partir de dissacarídeos (sacarose) Rafinose, trissacarídeo encontrado na soja. Indústria tende a hidrolisar a mesma, para melhorar a digestibilidade. Também pode-se obter frutose a partir da rafinose. Estaquiose, tetrassacarídeo encontrado na soja e em alguns legumes. Potencialmente a partir de alguns polissacarídeos caso sejam hidrolisados em relação de simbiose com alguns microorganismos no intestino. (inulina e alguns frutooligosacarídeos) Se eu tenho a frutose proveniente de uma ingestão isolada, ou de uma hidrólise, potencialmente serei capaz de absorver essa frutose. A frutose entra no enterócito principalmente por um mecanismo de difusão facilitada. A frutose não é absorvida como a glicose é. A glicose depende do sódio, de um simporte (transporte ativo secundário). Frutose depende do GLUT5. Se, por acaso, o indivíduo não tem esse GLUT5 no enterócito, a célula do intestino não capta essa frutose e, consequentemente, a passagem de frutose para a corrente sanguínea seria limitada. Potencialmente, passaria entre as células do intestino. A velocidade de absorção da frutose é muito menos eficaz do que a célula que passa dentro do intestino. Se não tenho GLUT5, limito absorção de frutose, logo, microorganismos no intestino vão fermentar essa frutose e vão aumentar a porção de gases (distensão abdominal, vômito, série de alterações, inclusive de retardo de crescimento, por estar diminuindo a quantidade de absorção de carboidrato na dieta). Isso geralmente é percebido na fase de transição alimentar, entre a lactação e a introdução de alimentos. Não é alteração metabólica ainda, mas importante tirar a frutose da dieta. Sai do enterócito pelo GLUT2, o qual também está muito presente no hepatócito. Fígado é um grande local de metabolismo de frutose, pois tem GLUT2 na membrana (não depende de insulina para fazer a absorção, a captação de monossacarídeos) e o caminho metabólico da frutose não envolve enzima regulada pela insulina. A tendência é esse metabolismo da frutose ocorrer independentemente do nível baixo de insulina. Se a frutose está no sangue, entra na célula, mas não é fosforilada, a tendência é ela sair. A deficiência dessa primeira enzima, chamada frutocinase (no fígado não tem exoquinase), pode estar associada com uma alteração metabólica chamada frutosúria essencial. (eliminação de quantidade grande de frutose na urina). Passa a acontecer pois a capacidade de metabolizar frutose no fígado é baixa. Mais comum em populações judaicas, autossômica recessiva. Frutose 1 Fosfato é imediatamente quebrada pela aldolase tipo B ou frutose 1 fostatoaldolase (na glicólise é aldolase tipo A, que quebra frutose 1,6 bifosfato). Só diidroxiacetona está fosforilada, gliceraldeído não. Precisa de outra enzima para fosforilar o GAD e se transformar em GAD 3 P. Desvia de uma enzima que é o ponto limitante da via glicolítica. Por essa razão, falamos que o metabolismo da frutose independe de insulina (não depende da PFK1). DHA-P e GAD podem se transformar em glicose ou glicogênio (via gliconeogênese), em piruvato (via glicólise) e glicerol 3-P (via liponeogênese – produção de lipídio a partir de algo que não era lipídio). Supostamente, a frutose ajuda a liberar mais VLDL no plasma, no qual também tem éster de colesterol. Por isso, potencialmente, um grande porcentual de frutose poderia ser relacionado com aumento de colesterol. (quantidade teria que ser absurda). Indústria pode transformar glicose em frutose, pois a segunda tem poder adoçante maior. Intolerância à frutose é deficiência de aldolase B e leva ao aumento da concentração de F1P. Passa a reter fosfato e carboidrato, diminuindo a quantidade de fosfato livre e limitando a capacidade de produção de novas moléculas de ATP. Essa frutose do fosfato é inibidora da aldolase A, portanto inibe a glicólise e a gliconeogênese, passando a acumular lactato no plasma. Inibe glicogênio fosforilase, enzima que quebra o glicogênio. Fígado não consegue liberar glicose no plasma. Logo, passa a ter uma hipoglicemia severa. O aumento da concentração de F1P traz uma diminuição da ação da aldolase A e da glicogênio fosforilase. A e diminuição da glicemia. Se a frutose no meu fígado gerou DHA-P e GAD3-P, eu posso transformar a frutose em glicose quando o nível insulínico estiver mais baixo. Podem ser transformados em piruvato ou ainda em glicerol. (dois últimos relacionados a um quadro insulínico mais alto) Nem todas células são capazes de absorver frutose, logo, sempre vai precisar de glicose (Ex: eritrócitos) Rafinose e estaquiose também possuem galactose, mas são mais difíceis de hidrolisar, portanto a capacidade de absorção da galactose a partir deles é limitada, mas não é ausente. Galactose é absorvida da mesma maneira da glicose, junto com sódio. Entra no enterócito e sai pelo GLUT2. É necessário lactose para produzir galactose. Também fundamental na composição de glicolipídeos. Para construir leite numa glândula mamária ou para construir lipídios, não precisa ingerir galactose necessariamente. Pode ser produzida a partir da glicose e vice-versa. Intorelância à lactose: incapacidade de digerir a lactose Galactosemia: erro inato do metabolismo, quando não consegue transformar galactose em glicose. Galactose precisa ser fosforilada para se transformar em GAL 1-P (enzima galactocinase – deficiência é um tipo de galactosemia) Paralelo à GAL 1-P, preciso de uma molécula chamada UDP-G. A GAL 1-P se transforma em UDP-GAL, enquanto a UDP-G se transforma em G1P. Todas as vezes que precisa transformar um açúcar em outro, esse açúcar está preso a um nucleotídeo, como o UDP. Em nossas células, a transformação de um açúcar em outro requer nucleotídeos. Pega UTP nas células, combina com G 1-P, e essa combinação gera UDP-G. Glicose presa nos nucleotídeos. Deficiência da GALT gera acumulo de GAL 1-P, que pode se transformar em galactitol, substância neurotóxica, forma mais severa de galactosemia. UDP-GAL pode virar UDP-G, o qual pode transformar em G1P, indo para a glicólise. A galactose entra na glicólise na forma de G 6-P, que é derivada de G 1-P. UDPGalactoseGicoseEpimerase (deficiência é terceiro tipo galactosemia) Uma das finalidades da via das pentoses, é aumentar a possibilidade das células se prevenirem em relação a possíveis danos ou o combate a radicais livres. No metabolismo aeróbico, o oxigênio atmosférico vai virar água. Durante os processos metabólicos, faz-se a oxidação de um macronutriente e, durante esse processo oxidativo, seja na forma de NAD, de FAD, é utilizado um agente oxidante, o qual vai promover a oxidação do nutriente. Então, essa coenzima reduzida (agente redutor) não vai fazer continuidade no processo oxidativo. Ela pode participar de reações anabólicas, de redução, ou esse NADH vai entregar hidrogênios para o oxigênio. Quando uma molécula de oxigênio atmosférico recebe 2 elétrons e 2 H, essa molécula se transforma em peróxido de hidrogênio, ou água oxigenada. Feito o tempo inteiro nas células. 97% das moléculasde peróxido de hidrogênio acabam se transformando em água. Os outros 3% permanecem dentro das células, causando potencial risco de danos, pois o peróxido de hidrogênio em contato com íons metálicos pode sofrer redução. Então, se esse íon metálico promover a redução de um peróxido de hidrogênio, esse peróxido de hidrogênio vai se transformar em 2 vezes um radical hidroxil, que tem grande afinidade com lipídios de membrana, mudando a permeabilidade das membranas; grande afinidade com moléculas de nucleotídeos, podendo modificar o processo de transcrição; também afinidade por proteínas. Alterar a permeabilidade de uma membrana pode levar à perda de componentes da mitocôndria, podendo desencadear um processo de apoptose; muitos danos associados a estruturas de DNA podem trazer alteração na regulação da expressão gênica (podendo levar a processos de tumorogênese); Natualmente, o processo oxidativo de um nutriente tende a levar a entrega dos elétrons para um aceptor final. Como consequência, eleva muito a formação de radicais livres. Existem mecanismo enzimáticos de combate a radicais livres, mas que depende prioritariamente de uma coenzima chamada NADPH e de um tripepitídeo chamado glutationa, o qual acontece com mais frequência nos eritrócitos. Mecanismo de decomposição da água oxigenada contra possíveis danos. Na maioria dos processos metabólicos, o oxigênio é o aceptor final (o último a receber elétrons), com a tendência de formar água. Água oxigenada (ou peróxido de hidrogênio) pode ser transformada em 2 moléculas de água. Não necessariamente da mesma forma que na cadeia respiratória. Via das pentoses é o principal local de formação do NADPH, então é natural pensar que o NADPH pode ser usado no combate as radicais livres (os hidrogênios do NADPH podem ser transferidos para a água oxigenada, minimizando a chance de formação de radicais livres). Quanto mais peróxido tiver na célula, maior a probabilidade de produzir NADPH. Caso uma célula muscular sofra uma grande atividade metabólica, passe por um processo de stress oxidativo (usou muito oxigênio e, possivelmente, gerou muito peróxido), essa célula potencialmente teve uma grande quantidade de radicais livres liberados, os quais potencialmente provocaram injúrias (alterações na estrutura). Nessa célula muscular, a quantidade de enzimas na via glicolítica tende a diminuir e a quantidade de enzimas da via das pentoses tende a aumentar. O consumo de G6-P diminuiria na glicólise, mas iria aumentar na via das pentoses, com a intenção de aumentar a formação de NADPH. Se a injúria trouxe um dano para a molécula de lipídio, muitas vezes precisa construir uma molécula de lipídio (necessitando assim do NADPH). Fazer mais a via das pentoses pode estar ligado a: Reparo celular Anabolismo de lipídios O ponto de início da fase oxidativa é a molécula de G6-P e o ponto de chegada é a molécula de ribose5-P (redução de 1 C. Pentose importante para a produção de uma série de substâncias) Existem 2 possibilidades de se obter ribose, mas apenas 1 de gerar NADPH nessa via. NADPH tem dupla finalidade: combate a radicais livres e na liponeogênese (neste último caso, não precisa de ribose) Antes de se dividir, uma célula precisa multiplicar o material genético, precisando de mais ribose. Via das pentoses acontece na maioria das células, com ênfase em células na intérfase (multiplicando seu material genético, especialmente a ribose), e células muito relacionadas à produção de leite (glândulas mamárias), hepatócitos, adipócitos e células muito suscetíveis a injuria (musculares) Se a molécula não precisa de NADPH, mas somente de ribose, faz a fase de interconversão de açúcares. NADPH não é produzido somente na via das pentoses, mas é a via mais eficaz, com a formação de 2 NADPH por molécula de glicose Processo dependente de tiamina – B1 (não se produz ribose) Todo processo catabólico sempre vai gerar ácido e o produto final será CO2 + H2O. Reação de hidratação (na volta é desidratação) entre reações oxidativas é imprescindível para a formação de NADPH Nomes de açúcares com ul representa a forma de cetose, enquanto o outro será aldose (isomerização – mesmo número de átomos, neste caso só muda a função) Ex: ribulose, ribose Não tem como fazer interconversão de açúcares sem, no mínimo, 3 pentoses, sendo 2 xiluloses 5-P e 1 ribose 5-P. Reações com transferência de carbono eventualmente vai precisar de tiamina. Ribulose também pode se transformar em xilulose 5-P Pacientes submetidos a tratamento de quimioterapia ou pacientes soropositivos, tem muita dificuldade de absorção da mucosa gastrointestinal, para avaliar a integridade da mesma, a pessoa toma uma solução a base de xilose, um carboidrato com baixa capacidade de absorção (encontrada num polímero chamado xilana, o qual o organismo não quebra). Presente na aveia, vegetais, farelo de trigo. Eventualmente, microorganismos digerem essa substância, tornando o corpo capaz de absorver. A glicose pode desviar para a Via das Pentoses e depois voltar de alguma outra forma para a via glicolítica, quando pega 3 pentoses e gera 2 frutoses e 1 gliceraldeído. Retenção de Ribose 5-P significa prender fosfato, significa diminuir a possibilidade de ressíntese de ATP. Nenhuma enzima alostérica está próxima do equilíbrio. Epinefrina, no músculo, aumenta quantidade de frutose 1,6-BiP (acelera a glicólise), no fígado diminui a quantidade (inibe a glicólise e ativa a gliconeogênese) Hemácia precisa de ATP para a bomba de sódio e potássio, de modo a manter o nível de sódio constante. Caso não tenha ATP, sódio se acumula, atrai água e ocorre lise das células. (Piruvato cinase – saldo 0 de ATP) Glucagon estimula gliconeogênese. A união das moléculas envolve retirada de água e carbonos anoméricos (C1) – perde sua hidroxila e álcool perde hidrogênio. Condensação entre açúcares. Anômero livre é redutor, extremidade redutora. Uma molécula de glicose está unida a outra por ligações glicosídicas. Ligação oglicosídica quando um oxigênio se interpõe aos anéis. Dissacarídeo apresenta extremidade redutora (carbono anomérico C1 – local de fechamento do anel), lado oposto é extremidade não-redutora. Ponto de ramificação é o ponto de conexão entre as cadeias. O glicogênio é um polissacarídeo feito somente por moléculas de glicose unidas entre si por meio de ligações α1-4 e α1-6. E muito ramificado, ou seja, tem muitas ligações α1-6 (ponto de ramificação da cadeia) Espraiada, irradia para muitos pontos. Cadeia principal é formada por uma série de ligações α1-4, sendo que cada cadeia que se prende a ela é chamada de ramificada. A construção ou a quebra do glicogênio ocorre “pelas beiradas” (sempre na extremidade não redutora) Glicogênio saudável tem proporção de 10 ligações α1-4 para 1 ligação α1-6. (reserva maior, muitas moléculas de glicose). Quando foge dessa proporção, significa que o glicogênio é menos ramificado, de modo a ter menos extremidades não redutoras, fazendo com que tenha menos pontos de ação das enzimas e reduzindo o poder de quebrar as moléculas de glicose, fazendo um estoque na forma de lipídio, desfavorecendo a manutenção da glicemia. (deficiência enzimática – glicogenose) Quanto mais ramificado o glicogênio, mais rápido o processo de síntese ou quebra, pois tem muitos mais pontos de ação, aumentando sua velocidade. Nem todas as células estocam glicogênio Glicogênio não é o suficiente para manter a glicemia, é preciso fazer também a gliconeogênese Quando não se come carboidrato durante a refeição, a glicose do período prandial vem da gliconeogênese. A capacidade de produção do glicogênio no período prandial está relacionada com a carga glicêmica ingerida. (índice glicêmico x quantidade de carboidrato na porção do alimento). Quando a CG é alta (mais de 20) significa que vai liberar insulina, produzindo mais glicogênio. Se no pós-prandial a fonte principal de glicose é o glicogênio, mas pouco glicogênio foi formado, também será necessária a gliconeogênese.A construção de um bom glicogênio é fundamental para reserva do tecido muscular ou para manter a glicemia, no caso do glicogênio hepático. Quanto mais tempo prolongo o jejum, mais esgoto o glicogênio e passo a depender da gliconeogênese. Fibras glicolíticas: pobres em mitocôndrias e ricas em glicogênio, de resposta rápida, explosão. Fibras oxidativas: ricas em mitocôndrias e pobres em glicogênio, de resposta mais lenta, mais resistentes à fadiga. Atleta consome muito carboidrato na véspera de uma prova para recuperar o glicogênio e após a competição para recompor o glicogênio. PFK1 é uma enzima alostérica influenciada pelo nível de certas substâncias. Dentro da célula, falamos de uma relação ATP/ADP/AMP (espera-se que, quanto maior a quantidade de ATP, menores são as quantidades de ADP e AMP). Posso pegar 2 moléculas de ATP para fazer ADP+AMP. Quando o nível de ATP começa a baixar, o nível dos outros começa a aumentar. ATP é indicativo de nível energético alto, enquanto AMP é baixo. Quanto mais baixo for o ATP e mais alto o AMP, mais regula a PFK1 para fazer glicólise (favorecimento de vias catabólicas). Via glicolítica não é influenciada só por hormônios, mas também pelo ambiente celular, pela quantidade de energia disponível. Pode quebrar glicose com a finalidade de gerar ATP também. Quando se fala que existe respiração, obrigatoriamente existem processos mitocondriais. Respiração não pode ser anaeróbia, pois não ocorre na mitocôndria e não envolve oxigênio. Respiração propriamente dita é cadeia respiratória, que envolve ciclo de Krebs, cadeia transportadora de elétrons e fosforilação oxidativa, mais precisamente os 2 últimos. Se o oxigênio foi captado no alvéolo e ele é transportado no sangue associado à hemoglobina, quando chega no capilar sanguíneo, o oxigênio tem que se desprender da hemoglobina, tem que se difundir ao longo do citosol da hemácia, passar por membrana de hemácia, dissolver no líquido plasmático, atravessar a parede do capilar, atravessar líquido intersistial, atravessar membrana plasmática, citosol, membrana mitocondrial externa (onde se usa o oxigênio e produz água, respiração propriamente dita – crista mitocondrial) Se a pressão atmosférica estiver baixa, dificulta a chegada do oxigênio na célula e é provável que faça menos uso dele, favorecendo metabolismo anaeróbico (fermentação) Na matriz ou mitosol faço a oxidação do piruvato, transformando em Acetil-CoA (ainda não é ciclo de Krebs), faço ciclo de Krebs (ciclo do ácido cítrico) e faço ᵝ-oxidação (oxidação de lipídio). No fígado pode ocorrer parte do ciclo da ureia, cetogênese. Na MMI (membrana mitocondrial interna) ocorre cadeia transportadora de elétrons e fosforilação oxidativa. Posso chamar esse conjunto de cadeia respiratória. Falar em metabolismo mitocondrial envolve várias vias diferentes, vários processos diferentes, não apenas respiração. DNA mitocondrial é importante para a produção de algumas enzimas, e de algumas proteínas da MMI. Mas, as proteínas da mitocôndria não são derivadas apenas do seu próprio DNA, são derivadas também de DNA cromossomal. Pode significar que uma alteração de funcionamento da mitocôndria não seja necessariamente relacionada com o DNA mitocondrial. Membranas apresentam permeabilidades diferentes. A externa, mais em contato com o citosol, é a mais permeável, a interna é a mais seletiva ou menos permeável (membrana com maior percentual de proteína no corpo – muita atividade metabólica). Íons (H, P etc), água, vitaminas (riboflavina, tiamina, niacina etc – são imprescindíveis em reações metabólicas. Não todas, mas principalmente aquelas que auxiliam na formação de coenzimas). nucleotídeos (entra ADP, sai ATP), aminoácidos. Coenzimas não passam pelas membranas. Você pode encontrar dentro e fora, mas não é a única molécula que entrou ou saiu (pode ter sido construída junto com a mitocôndria). NAD, NADP, FAD também não passam. Mitocôndria é o principal local de formação de ATP, enquanto citosol é o maior lugar de quebra. Aminoácidos podem se transformar em pivurato e, consequentemente, em acetil-CoA. Aminoácidos podem se transformar em acetil-CoA. Vários processos catabólicos diferentes podem gerar o mesmo produto. Num processo catabólico onde transformo glicose em piruvato, não tenho catabolismo completo, somente uma via metabólica completa. Ciclo de Krebs ocorre na mitocôndria, mas não necessita do oxigênio atmosférico. Esse é utilizado na cadeia transportadora de elétrons. Mas, se não tenho oxigênio, não consigo transferir hidrogênios e elétrons, acumulando hidrogênios e, com isso, Acetil-CoA, e, por causa disso, o piruvato não se transformaria em Acetil, mas sim em lactato. Se, por alguma razão, a disponibilidade do oxigênio atmosférico na célula não for suficiente para entregar os hidrogênios e elétrons removidos na cadeia de transporte de elétrons, a minha capacidade de produção de água diminui, consequentemente eu acumulo NADH e FADH2. Se acumula, não tem como o Acetil-CoA ser oxidado, começando a se acumular e menor piruvato se transforma nele, transformando-se em piruvato. Inibe processo mitocondrial quando não tem oxigênio disponível. CoenzimaA é uma molécula que transfere ácidos entre enzimas. Sem coenzimaA não consigo transferir ácidos entre moléculas. Em alguns tecidos, a piruvato desidrogenase é encontrada na forma ativa e em outros, inativa. Transformadas de uma forma em outra por fosforilação. No fígado, quando se quer transformar piruvato em glicose se trata de gliconeogênese em jejum. Ao transformar piruvato em Acetil-CoA deixa de produzir glicose. Já quando transforma piruvato em oxaloacetato, pode produzir glicose. No fígado, em estado de jejum, a piruvato desidrogenase está inativa, pois deixa de transformar o piruvato em Acetil-CoA e, por isso, ele pode se transformar em oxaloacetato e seguir na gliconeogênese. No fígado, a piruvato desidrogenase cinase é ativada por glucagon ou epinefrina. Quando vai fazer lipogênese, estimula a conversão em Acetil-CoA. Quando, por alguma razão, a concentração do Acetil-CoA for alta, isso vai levar a um sinal negativo para essa enzima. Então, se tenho muito lipídio sendo oxidado na célula, vou retardar a oxidação de carboidratos. Se o Acetil-CoA está inibindo a enzima, posso dizer que é uma enzima inibida pelo próprio produto (retroalimentação negativa). Fazer o ciclo transforma o ácido acético + 2 moléculas de H2O em 4 coenzimas reduzidas + 2 moléculas de CO2 Se ciclo de Krebs é para a oxidação do Acetil-CoA, precisa obrigatoriamente do oxaloacetato. Existem centenas a milhares de moléculas de oxaloacetato dentro da mitocôndria (ou seja, o oxaloacetato pode estar em vários pontos), as quais não servem apenas para se condensar com Acetil-CoA, serve também para produzir aminoácidos. No fígado, serve para produzir glicose. Concentração dos intermediários do ciclo dentro da mitocôndria geralmente é baixa e, muitas vezes atuam também em outras vias, de modo que sua concentração é variável. Se começo a tirar o oxaloacetato para se transformar em qualquer outra substância, está restringindo a entrada de Acetil-CoA no ciclo de Krebs e deixando de fazer a oxidação do Acetil-CoA. O citrato sai da mitocôndria, podendo ser útil para síntese de colesterol e de ácidos graxos. Inibidor alostérico da PFK1. Permanecendo dentro a mitocôndria tem forte tendência de se transformar em isocitrato. Glutamina é um aminoácido fundamental para produzir nucleotídeos (bases nitrogenadas), muitas vezes produzida a partir do α-cetoglutarato – mais uma substância que pode sair do ciclo. Succinil-CoA é fundamental na formação de grupamentos heme ou anel porfirina (citocromos, hemoglobina e mioglobina) – grupamento prostético, não derivado de aminoácidos. Nem sempre obtido a partir do citrato, pode ser obtido também a partir do α-cetoglutarato (por meio de aminoácidos) Quando o nível de Succinil-CoA é alto e ele pode originar outros intermediários do ciclo, ele tem que ser sinalizado para não produzir mais. E quantomaior a concentração, menos se inicia o ciclo de Krebs. Adicionar água é necessário antes de retirar H. Quanto mais ADP entra na mitocôndria, mais acelera o processo Ca é muito importante para ativar várias proteínas, é um grupamento prostético. Importante para aumentar o número de GLUTS na membrana e para ativar enzimas. Complexo 2 da cadeia de transporte de elétrons. A reação do ciclo de Krebs acontece na membrana mitocondrial e isso impacta no fato de que de succinato para fumarato forma FADH2, esse é oxidado no mesmo local. Para oxidar o succinato em fumarato precisa do FAD, que forma o FADH2. Se não oxidar o FADH2, não faz essa reação. Pode não oxidar o FAD por falta de oxigênio na mitocôndria, de modo a não fazer a cadeia respiratória; ou porque alguma substância está bloqueando a cadeia de transporte de elétrons. De succinato para fumarato necessita necessariamente de oxigênio na mitocôndria. Caso reação não ocorra, passa a acumular succinato e sucinil-CoA. Se o oxaloacetato está se transformando em fosfoenol-piruvato, e esse pode se transformar em glicose, o nível de oxaloacetato abaixa. Esse oxaloacetato também pode se transformar em vários aminoácidos, sendo o aspartato um deles. α-cetoglutarato pode se transformar em aminoácidos, os quais podem dar origem a nucleotídeos, proteínas. Citrato pode sair da mitocôndria, indo para o citosol, onde vai ser quebrado para gerar Acetil-CoA. Ao remover intermediários do ciclo de Krebs para outras funções, não tenho constância para concentração dos mesmos. Glutamato é um aminoácido que pode se transformar em α-cetoglutarato (reação anaplerótica ou de preenchimento – uma sustância que não é intermediária do ciclo dá origem a um intermediário do ciclo, devolve um intermediário. Quando remove, é cataplerótica) Succinil-CoA pode ser obtido a partir do propionil-CoA, que, por sua vez, vai depender do tipo de molécula, é derivado de ácido graxo. Oxaloacetato pode ser obtido diretamente do aspartato ou do piruvato. No ciclo de Krebs não forma diretamente ATP, mas sim GTP. Na CTE é criada uma condição favorável para a fosforilação oxidativa. Produtos provenientes do ciclo de Krebs, como NADH e FADH2 têm a capacidade de serem oxidados na CTE desde que tenha oxigênio atmosférico disponível. A CTE é um conjunto de 4 complexos proteicos (estruturas fixadas na membrana mitocondrial). Além desses 4 complexos protéicos, temos dois elementos móveis: uma proteína periférica, hidrossolúvel, o citocromo C (como característica fluidez no espaço intermembrana) e a ubiquinona – distribuição ampla na natureza, lipossolúvel (CoQ ou Q10). Elétrons precisam ser entregues para o aceptor final de elétrons, o oxigênio. Elétron não salta. Precisa de elementos que interliguem as proteínas. CoQ pega elétrons do complexo I e trás para o III e citocromo C pega elétrons do III e leva para o IV. (ciclando a mesma molécula várias vezes) O processo de oxidação do NADH não ocorre em qualquer lugar, assim como o processo de redução do oxigênio. Processo contínuo de oxidação e redução dá condições de gerar H2O. (metabólica – proveniente de processos metabólicos, não vem dos alimentos nem de bebidas) O caminho a ser percorrido pelos elétrons não é necessariamente o mesmo, como consequência, há um possível saldo energético diferente. Para cada CoQ oxidada, produz uma molécula de H2O. Como usa o oxigênio atmosférico, e ele tem 2 moléculas de O, forma 2 moléculas de H2O. Então, oxida 2 CoQ. Se processo for efetuado de maneira completa, não gera radicais livres, no entanto, tem chances do O2 não se transformar em água, mas sim em radicais livres. Succinato desidrogenase é uma enzima complexada. Transforma succinato em fumarato ao mesmo tempo em que transforma FADH2 e esse está sendo oxidado. Enzima do ciclo de Krebs que não funciona se não tiver O2 para receber elétrons. Se essa enzima não funciona, nenhuma outra vai funcionar, interrompendo o ciclo. Uma molécula de O2 vai se transformar em 2 moléculas de H2O em 4 etapas. Ora proteína está recebendo, ora está entregando elétrons. Existem H2 livres no citosol e eles fluem no espaço intermembrana, deixando ambiente mais ácido, enquanto dentro da membrana fica mais básico, criando um gradiente, o qual será utilizado para a produção de energia química (ATP). CTE tem como função criar um gradiente que dará condições de fazer ATPsintase. Um processo está acoplado ao outro, um depende do outro (CTE e fosforilação oxidativa). Se bloqueia algum, a energia do gradiente químico não é transformada em ATP, mas sim em calor. Complexo I ou complexo do NADHCoQOxiredutase Complexo III ou complexo CoQCitocromoCOxiredutase Complexo IV ou complexo citocromoOxidase CoQ recebe os elétrons, sendo reduzida e depois oxidada. (sempre oxiredudação). Citocromo B, no primeiro momento está no estado oxidado e secundariamente no estado reduzido. Citocromo B entrega elétrons para o citocromo C. Esse entrega no complexo VI, primeiro para o citocromo A, depois A3, e então esse entrega os elétrons para o O2, até virar H2O. Elétrons não saltam, são transferidos por contato. Todos são ora aceptores, ora doadores de elétrons. Tanto complexo I quanto II dependem de riboflavina, para oxidar NADH e FADH2. O2 que é utilizado no complexo IV vem da respiração. Hematose é favorecida por diferença de pressão atmosférica. Maior pressão de oxigênio dentro do alvéolo. Sentido de difusão do O2 é do alvéolo para o sangue. Quanto mais hemoglobina tiver disponível nas hemácias, mais favorece difusão do O2 do alvéolo para o sangue. Se tenho muita hemoglobina, a tendência é captar o máximo de oxigênio no alvéolo. À medida que oxigênio se distancia do alvéolo, a pressão vai diminuindo, pois vai passando para as células. Oxigênio chegar nas células não é garantia de que será utilizado, pois talvez os elétrons não percorram a CTE. Algumas substâncias podem inibir a CTE, de modo a não usar o O2 para fazer água, impedindo a formação de NADH e FADH2 (ex: cianeto bloqueia citocromo C, mantendo todos citocromos reduzidos, assim como ubiquinona. Mata por asfixia, pois interrompe respiração. Ex: folha de mandioca, mandioca brava, semente de maçã. Monóxido de carbono evita que hemoglobina se ligue ao oxigênio, evitando que o mesmo chegue até as células) NADH sofre oxidação para o O2 sofrer redução, construindo um gradiente favorável para a formação de ATP Fluxo de elétrons ao longo da membrana e fluxo de hidrogênios através da membrana ao fazer CTE. Esses fluxos geram energia térmica (termogênese obrigatória) Ao fazer glicólise, a quantidade de energia química inicial já diminui. Sendo dissipada na forma de calor. Ao final a quantidade total de energia é uma fração de energia química (na forma de CO2 e H2O), uma fração associada com ATP e calor. Nunca se transforma toda a energia química em energia química, obrigatoriamente existem perdas por dissipação de calor, a qual é necessária. Energia química é sempre menor do que térmica. Ao perder muito calor para o ambiente, vai oxidar mais nutrientes, por isso se sente mais fome, mais vontade de consumir alimentos mais calóricos. Desacoplador aumenta o fluxo de partículas através da membrana mitocondrial, dissipando mais calor (termogênese facultativa) Parte da energia química é liberada como energia térmica. Quando a temperatura corporal é mais alta, o oxigênio permanece mais fracamente ligado à hemoglobina e ocorre maior facilidade de usar o O2. Velocidade de oxidação de nutrientes é maior. A formação da água cria uma condição favorável para fosforilar o ADP (modelo quimiosmótico do Mitchell) Quanto mais ADP e Pi dentro da mitocôndria, mais fluxo de prótons tende a ocorrer por esse processo (fosforilação oxidativa). Complexo proteico direciona fluxo de prótons para mitosol aproveitando-se da energia de um gradiente quimiosmótico e fosforilando ADP. Quanto mais ADP e Pi tiver, mais favorece o fluxo de prótons do espaço intermembrana para o mitosol, gerando ATP, aproveitando esse gradiente de prótons.Existe trânsito de nucleotídeos entre as membranas mitocondriais. ATP é removido, levado para o citosol e lá vai ocorrer trabalho. Quando oxida NADH no complexo I, está direcionando prótons do mitosol para o espaço intermembrana. Quando acumula H+ no espaço intermembrana está acumulando prótons, restringindo a oxidação do NADH, acumulando na mitocôndria e impedindo várias enzimas do ciclo de Krebs, favorecendo um processo fermentativo, anaeróbico. No complexo II não ocorre esse fluxo de H+ para o espaço intermembrana, mas volta a ter no complexo III, quando passa a oxidar a ubiquinona. Ao oxidar NADH, ubiquinona e citocromo C favorece o fluxo de íons H+ para o espaço intermembrana. Quanto mais NADH eu formo, mas tenho que fazer uso da ubiquinona. À medida em que oxida, trás elétrons para o O2, transformando em água. Para cada coenzima ou NADH ou FADH2 sendo oxidado, eu preciso de um átomo de oxigênio. No complexo I fluem 4 ou 2 íons H+ para o espaço intermembrana (revisões mais recentes apontam 2) na medida em que ocorre transferência de elétrons. 4 no compleo III e 2 no IV. Quociente P/o – relação de proporção, divisão, número de fosfatos para cada átomo de O2 utilizado no processo (2,5, 3, 2 – há discordância, mas o importante é entender que o ATP depende desse quociente osmótico) Nem todas as células vão gerar a mesma quantidade de energia. Fluxo de H+ não é igualmente encontrado em todas as pessoas (deficiências enzimáticas) Quanto consigo aproveitar da energia original de um macronutriente para energia útil para trabalho. Complexo I ou NADHCoQOxirredutase Complexo II ou SuccinatoCoQOxirredutase Complexo III ou CoQCitocromoCOxirredutase Complexo IV ou CitocromoOxidase ATPsintase era chamado de complexo V do transporte de elétrons, hoje se entende que os 4 complexos que fazem transferência de elétrons. Além disso, tem função específica de fosforilação de ADP (fosforilação dependente de oxidação – fosforilação oxidativa). Íons H+ do espaço intermembrana geram energia necessária para fazer a fosforilação do ADP. A fosforilação oxidativa depende da cadeia de transporte de elétrons (onde é feito o gradiente de íons H+ no espaço intermembrana). A fosforilação oxidativa está acoplada à CTE. Um processo depende do outro. Fo ou F0 – oligomicina, antibiótico, liga-se neste complexo e impede o fluxo de H+. Zero, pois, depois tem outra unidade, mantido também como associação à oligomicina. Na subunidade Fo utiliza-se H+, o que promove uma rotação da unidade F1, fosforilando ADP. Quanto mais ubiquinona tiver, maior será o fluxo de elétrons. Dependendo do tipo de alimentação e da capacidade genética de produção de ubiquinona, ou de uma possível suplementação, terá menos chance de elétrons escaparem da ubiquinona, consequentemente formando menos radicais livres (Q10 é antioxidante) Numa condição aeróbia, piruvato vai para a mitocôndria, onde são transformados 2 piruvatos em 2 AetilCoA + 2 NADH (descarboxilação oxidativa do piruvato). AcetilCoA passa pelo ciclo de Krebs. Cada AcetilCoA forma 3 NADH, 1 FADH2 e 1 GTP (multiplica por 2) + 4CO2 (carbonos todos da glicose formaram CO2). Ao todo 8 NADH (pois tem mais 2 provenientes da transformação de piruvato em AcetilCoA). NADH e FADH2 passam pela CTE e FO. 1 molécula de glicose gera 30 ATPs ou 32, conforme o tecido. NADH não pode ser mantido no citosol, pois atrapalha a oxidação de carboidratos. Os hidrogênios do NADH vão indiretamente para a mitocôndria. No tecido nervoso e muscular fazem surgir mais 2 FADH2. O NADH citosólico proveniente da glicólise pode resultar, via lançadeira, NADH ou FADH2 no mitosol e, consequentemente, gerar 5 ou 3 ATPs. Essa diferença é devido ao tipo de lançadeira encontrada nos tecidos. Livros que consideram saldo de 38 não consideram Quoeficiente P/O de 2,5 para NADH e FADH2 de 1,5. Qualquer molécula orgânica oxidada gera calor, além de energia química para trabalho – termogênese obrigatória. Quanto mais termogênese faz, por causa da geração de calor, menos aproveita energia química do macronutriente na forma de ATP. Parte da energia é transformada em ATP, parte em calor. A quantidade de energia total no sistema não muda, mas a forma de energia sim. Energia química nunca é 100% aproveitada na forma de energia química. H+ é importante para gerar ATP, mas quando ele não volta pela ATPsintase, mas sim pela UCP (proteína desacopladora), aumenta atrito na membrana, aumenta calor, diminuindo a capacidade de formação de ATP. Proteínas desacopladoras também são chamadas de termogeninas, o fluxo de H+ pela membrana mitocondrial interna, na UCP, aumenta a termogênese facultativa. Gera menos ATP e aumenta a formação de calor. Quanto mais UCP tiver, menor o quociente P/O. Variações genéticas, tecidos diferentes (adiposo marrom, que tinha finalidade de aquecimento e manutenção da temperatura corporal na primeira infância – depois de adulto não tem tanto, mas sim branco). Quanto mais proteínas desacopladoras tiver, ou relacionadas a hormônios tireoidianos, menos energia química quebra e mais energia térmica dissipa. Motivo que faz com que algumas pessoas percam gordura de uma forma mais rápida do que outras. Algumas substâncias químicas podem ser utilizadas como desacopladoras, como o dimitrofenol (por gerar mais calor, é chamado de termogênico). Tudo que não for aproveitado na ATPsintase é aproveitado como energia térmica, não química. Quanto mais calor eu gero, mais dilatação de vasos eu faço, mais retorno de sangue para o coração, mais aumenta o débito cardíaco (aumentando a pressão arterial e frequência cardíaca). Indivíduo pode morrer por hipertermia relacionada com taquicardia. Perde reservas rapidamente. Qualquer tipo de substância que desvia o fluxo de prótons da CTE para a FO é chamada de desacopladora. Para ser ácido graxo, tem que ter carboxila e uma cauda alquila (molécula anfipática, não se mistura fácil com a água). Ácidos graxos são componentes de vários outros tipos de lipídeos (os mais comuns são os de reserva, principalmente os triglicerídeos). Pode ser classificado quanto à presença ou não de insaturação, quanto à presença ou não de cadeia lateral, quanto ao tamanho da cadeia. Essas classificações implicam em modificações de processos metabólicos. Ácido graxo também pode ocorrer de uma forma menos frequente em nosso corpo, mais frequente em alimentos, principalmente de origem animal. AG de cadeia ímpar e par tem metabolismo diferente, assim como aquele com cadeia lateral e sem ramificação, ou entre saturados e insaturados. Carboxila nunca recebe letra grega. O processo oxidativo envolve algumas enzimas que normalmente se alternam e, ao término de determinada sequência, reinicia o processo. ᵝ-oxidação envolve o carbono ᵝ e encurtamento da cadeia (com associação de 4 enzimas). Lipídio retirado preferencialmente da reserva de gordura e utilizado como recurso energético. Também pode ser feita para renovar a membrana. Classificação da cadeia quanto ao nº de carbonos: (considerando carboxila e metil) Curta: 4 a 8 (SCA) Média: 10 a 14 (MCA) Longa: 16 a 20 (LCA) Muito longa: >20 (VLCA) Se eu fico muito tempo sem comer, a mucosa intestinal não vai permanecer igual. Até o comprimento do intestino modifica. Componente de membrana de preferência não vai eliminar, mas sim absorver. O ácido acético, quando se condensa, perde uma hidroxila e passa a ser chamado de acetil. Se o ácido graxo perde hidroxila, deixa de ser chamado de ácido, passa a ser triacil. AGL – ácido graxo livre (após hidrólise) Quando está compondo alguma molécula ou sendo transportado através da membrana mitocondrial, ou estiver pronto para entrar no processo de ᵝ-oxidação, não é livre, é ácido esterificado. Passa a ser chamado de acil (sem hidroxila). AG em forma de ligação éster – esterificado. Esterase (tipo de hidrolase) quebra ligações. Lipase (sensível ao AMPc – epinefrina e glucagon aumentam) ajuda a digerir os lipídeos. Para formar a reserva, condensa o AG, esterifica. Para fazer uso do AG como recursoenergético, tem que hidrolisar, obtendo glicerol e AG. Partindo do pressuposto que os AG estocados são de cadeia par, só posso usar o glicerol para produzir glicose. Acetil-CoA não se transforma em oxaloacetato, logo, não posso transformar um AG em carboidrato. Mas posso transformar o glicerol em carboidrato. Não preciso estar em jejum para fazer uso do lipídeo como recurso energético, também pode ter um nível de insulina um pouco mais baixo, dependendo da quantidade de carboidrato na alimentação. Ou seja, não preciso de fato parar de comer para começar a fazer o metabolismo de lipídeos. Durante a ᵝ-oxidação tenho que ter um AG na forma trans. Quebra de ácido graxo livre depende de água, faz uso de uma lipase. Triglicerídeo ao ser hidrolisado, gordura presa passa a ter a possibilidade de se mobilizar, de maneira a ter a capacidade conectar um tecido no outro. Glicerol difunde pela membrana por difusão passiva. O AGL por difusão facilitada. Sai do tecido adiposo e, muitas vezes se associa com albumina presente no plasma. AG é anfipático, portanto sua solubilidade em água é limitada. Existe uma forte tendência desses AG se organizarem e fazerem micela. Seu transporte fica restrito. Quando tem bastante albumina, esse AG pode ser jogado no plasma, que pode ser transportado para uma célula gigantesca, a qual pode fazer uso desse lipídeo. (1- mobilização de lipídeo 2 – transporte – só se transporta AGL se associado à albumina). Se não tiver albumina, não consegue transportar um AGL. Glicerol não precisa se ligar, está livre, como é solúvel em água, pode ser transportado diretamente no plasma sem se associar a nenhuma proteína. Já o AG não, então precisa da albumina para segurar esse transporte. Pode ter trigliderídeos intramuscular, não apenas na célula adiposa. Corresponde a uma reserva energética. Nesse caso, não depende de albumina para fazer transporte de AG, pois não precisa fazer a fase de transporte. Se uma pessoa tem uma parasitose intestinal, e está perdendo proteínas plasmáticas, sua capacidade de transporte de hormônios esteroides, de AG, de Ca diminui. AG difunde, entra na célula, combina-se com molécula de CoA (sua cabeça fica presa na CoA). Passa a ser chamado Acil-CoA (qualquer AG preso/esterificado na CoA). Processo conhecido como ativação, custa energia, com atuação da enzima acil-CoA-sintesase. Quebrando ATP até AMP e pirofosfato (gasto correspondente a 2 ATP). Para o AG entrar na mitocôndria, tem que combinar com a carnitina. Gera 2 produtos, a própria CoA e acil-carnitina, sendo que essa última que entra na mitocôndria. Carnitina pode ser obtida de maneira endógena, pela dieta e por suplementos. Derivada de 2 aminoácidos: lisina e metionina. Acil-carnitina se combina com outra CoA dentro da mitocôndria (CoA não atravessa membrana, são diferentes). Sem a carnitina não se faz carreamento/transportar através da membrana (entrada do AG de cadeia longa fica restrita). Acil-carnitina e CoA se transformam em Acil-CoA e então carnitina pode sair da mitocôndria, ir buscar AG e repetir o processo inúmeras vezes. Acil-CoA passa então por uma série de reações cíclicas, onde o principal produto é o Acetil-CoA, além disso, ao longo desses ciclos, também está liberando FADH2 e NADH. ᵝ-oxidação: transformação de acil-CoA em acetil-CoA (processo intermediário. Desmembra molécula de lipídeo em acetil-CoA e NADH e FADH2. Processo final vai ser ciclo de Krebs e cadeia respiratória) Processo oxidativo do lipídeo só se completa quando toda molécula se transformar em CO2 e H2O. Número de acetil-CoA = número C/2 Número acetil-CoA – 1 = número de ciclos Se o ácido é saturado, o número de moléculas de NADH e de FADH2 se equivalem. E, o número de moléculas de cada uma, corresponde ao número de ciclos. Quociente p/o do NADH = 2,5 do FADH2 = 1,5 Ao somar NADH e FAHD2 isso dá 4 ATPs. 1 Acetil-Coa gera 3 NADH, 1 FADH2 e 1 GTP = 10 ATP (acetil-CoA x 10) Cada ciclo da ᵝ-oxidação libera o equivalente a 14 ATP (1 Acetil-CoA + 1 NADH + 1 FADH2) Proporção de C e H se equivalem em 2 moléculas. (1/2). Quando número de O é menor, a molécula é muito menos polar, por isso, se estivesse estocada na forma de triglicerídeo, ocuparia menos espaço e geraria mais energia por grama. Célula hepática, renal e intestinal (exclui-se célula muscular e nervosa). Uma molécula de glicose pode gerar até 32 ATP. Dividido por 6 dá 5,3 ATP/átomo de C. 14 ATP no primeiro ciclo, 24 no segundo. (no último ciclo tem 2 Atecil-CoA – 20 + 4). 36/6 = 6. A quantidade de energia por molécula de CO2 é maior. Quanto menos átomos de oxigênio proporcionalmente ao número de átomos de carbono, maior é o rendimento energético de cada C. (molécula menos polar e, quando estocada vai manter muito menos água dentro dela). Por grama de peso, o lipídio sempre gera mais ATP do que o carboidrato, devido à menor proporção de átomos de oxigênio e onde armazena o lipídio tem menos água, de modo a ter mais macronutrientes. A reserva lipídica é muito mais eficiente em termos de estoque energético do que a reserva de carboidrato. No entanto, preciso de mais moléculas de O para oxidar molécula de lipídio do que de carboidrato, tornando-se mais difícil de acontecer. Por isso, a molécula de carboidrato é utilizada de forma muito mais rápida como recurso energético. Se o número de hidrogênios diminuir, consequentemente a quantidade de ATP formado também vai. A cada insaturação, tira 2H ao todo, portanto deixa de formar 1 Coenzima. Quando tira 2 C a insaturação se aproxima da carboxila. Enoil-CoA-isomerase transforma ligação de cis para trans (desidrogenase de AG não age, não formando FADH2, por isso quantidade de ATP cai de 14 para 12) Enzimas que agem no ciclo na ᵝ-oxidação: Desidrogenase de AG - isomerização Trans-Enoil-CoA-Hidratase - hidratação ᵝ-Hidroxi-Acil-CoA-desidrogenase – oxidação (trans-enoil-CoA – faz aparecer uma insaturação trans no C2) Tiolase - tiólise Quando tem menos H, precisa de menos O, forma menos água, gerando menos ATP, pois gera menos H para o espaço intermembrana. Quanto mais H eu puder retirar de uma molécula, mais ATP ela tende a formar. Dificuldade de quebrar gordura trans pode gerar um acúmulo de colesterol Toda vez que o AG for poliinsaturado, vai ter alternância de C insaturados. No processo de ᵝ-oxidação, ora vai deixar de produzir FADH2, ora vai consumir NADPH, por causa dessa característica. Se o AG é de cadeia ramificada, ele aumenta muito a fluidez da membrana, por isso, preferencialmente não participa das membranas e não é estocado. Logo, preferencialmente vai ser oxidado no RE, na α-oxidação, liberando CO2, não Acetil-CoA. Capacidade de liberação de energia extremamente menor. Por outro lado, aquele que não tem cadeia ramificada, segue naturalmente pela mitocôndria e pode passar pelo mesmo número de ciclos que um AG de cadeia par. Porém, no final do último ciclo não vai gerar 2 Acetil-CoA, o último ciclo vai iniciar com 5C, não 4. Então, vai gerar 1 molécula de Acetil-CoA e 1 de propionil-CoA (também chamado de ácido propiônico, quando hidrolisado na CoA). Esse ácido propiônico, potencialmente, poderia ser produzido em nosso intestino (devido às bactérias). Quanto mais ácido propiônico, maiores as chances de funcionamento neuronal, possível associação a quadros de autismo. Uma possível relação seria o uso abusivo de antibióticos, intoxicação por metais pesados. Propionil-CoA tem 3C, vai ser carboxilado (bicarbonato e biotina – qualquer reação de carboxilação depende da biotina) e vai gastar 1 ATP. Enzima propionil-CoA-carboxilase. Forma metil-malonil-CoA, o qual se transforma em succinil-CoA (essa transformação depende da B12). Esse entra no Ciclo de Krebs. Ou seja, um AG de cadeia ímpar pode gerar carboidrato, pois o succinil-CoA pode se transformar em oxaloacetato, e, consequente, pode formar moléculas de glicose a partir dele. Único tipo de AG que permite que isso ocorra. O que é bioenergética, como vai ser feito o processo de estudode vias metabólicas. Relembrar: enzimas alostéricas, coenzima, grupamentos prostéticos, transdução do sinal, estrutura de nucleotídeos. Princípios da termodinâmica. Glicólise. Diferença frutose, glicose, galactose O metabolismo de aminoácidos naturalmente vai gerar 3 possíveis produtos, sendo que um deles é o mais frequentemente eliminado na urina. Pela ordem: ureia, quando o sangue está muito ácido e libero íon amônio; o ácido úrico em menor quantidade (é pouco solúvel. À medida em que a idade vai avançando, e, com algumas dificuldades enzimáticas, a medida é produzir muito mais ácido úrico, ocasionando problemas. A base nitrogenada é diretamente dependente de aminoácidos, se diminuo proteína, diminuo a possível produção de ácido úrico. Por que o ADP é O único que pode fazer fosforilação oxidativa? Enzima fosfoenolpiruvatocarboxicinase (PEPCK) – o que acontece com esta enzima em alguns casos de resistência à insulina (mecanismo de ação da metformina) Uso de termogênico (pesquisar) Ressíntese de nucleotídeos (?) Via das pentoses fosfato. Duas maneiras de construção de ATP. Agente redutor e agente oxidante Ciclagem do NAD: produziu NADH na glicólise, usou NAD na redução do piruvato até lactato. Alimentos antioxidantes (vitamina E e C), selênio - pesquisar Nitritos, álcool, tabaco, potencializam danos e formação de radicais livres. Glucano lactona Xylitol – xilulose - xilose (pesquisar) Como o organismo é mantido? Como é feito o processo de produção de glicose? Quantas horas após a refeição costumo liberar mais hormônios, gerando catabolismo? Como o metabolismo no tecido nervoso se destaca em algumas moléculas? Como o estado hormonal pode ser relevante em processos metabólicos? Qual o estado metabólico com maior concentração de insulina? Qual a consequência de determinada ação e o que isso representa no meu organismo?