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METABOLISMO - Nosso modelo de regulação do comportamento alimentar se baseia em dois centros hipotalâmicos: centro da fome e centro da saciedade. É uma rede neural em que os neurônios liberam mensageiros químicos. - Leptina é sintetizada nos adipócitos sob o controle do gene da obesidade, em 1994, a descoberta da leptina, um hormônio sintetizado pelos adipócitos, forneceu mais evidências científicas que reforçam a teoria lipostática. A leptina age como um sinal de retroalimentação negativa entre o tecido adiposo e o encéfalo. Quanto mais os estoques de gordura corporal aumentam, maior é a secreção de leptina e menor é o consumo alimentar. - Uma molécula sinalizadora chave nesse processo é o neuropeptídeo Y (NPY), um neurotransmissor cerebral que parece servir de estímulo para a ingestão alimentar. - Peptídeo grelina é secretado pelo estômago durante períodos de jejum, aumentando a sensação de fome quando infundido em seres humanos, além de promover a liberação do hormônio do crescimento. - O apetite e a ingestão alimentar também são influenciados por estímulos sensoriais provenientes do sistema nervoso. O simples ato de mastigar e deglutir o alimento ajuda a criar uma sensação de saciedade. A visão, o cheiro e o gosto da comida podem estimular ou suprimir o apetite. EQUILÍBRIO ENERGÉTICO Uma vez que o alimento tenho sido digerido e absorvido, as reações químicas do corpo – conhecidas coletivamente como metabolismo – determinam o que ocorre com os nutrientes contidos nos alimentos. Eles são destinados a queimar produzindo calor? Tornam- -se músculos? Ou se tornam os quilogramas extras? Balanço de massas: Podemos aplicar o conceito em que mudanças nos estoques de energia corporal resultam na diferença entre a energia posta no sistema e a energia utilizada. A entrada de energia nos seres humanos consiste na energia (kcl) contida nos nutrientes que comemos, digerimos e absorvemos. E a saída de energia é a combinação do trabalho realizado e da energia devolvida ao meio externo como calor: No corpo humano, pelo menos a metade da energia liberada nas reações químicas é perdida para o ambiente como calor “residual” não regulado. E a outra metade se divide em: Trabalho de transporte (Os processos de transporte levam materiais para dentro e para fora do corpo e os transferem entre os compartimentos.) Trabalho mecânico (utiliza as fibras e os filamentos intracelulares para criar movimento) e O trabalho químico no corpo pode ser subdividido em síntese e armazenamento. O armazenamento inclui ambas, a energia estocada a curto prazo em ligações fosfato de alta energia, como o ATP, e a energia estocada a longo prazo contida em ligações químicas do glicogênio e na gordura. O equilíbrio de energia é basicamente: quando a energia ingerida excede o gasto calórico, uma pessoa ganha peso corporal. De forma contrária, se a energia utilizada excede a quantidade de energia ingerida, o corpo utiliza-se de suas reservas para atender a demanda e, consequentemente, a pessoa perde peso. 1g de gordura = 9KCAL 1g de carboidrato = 6 KAL - A kcal (quilocaloria) é a quantidade de energia que contém cada grama do alimento. E pode ser conferida na tabela nutricional nas embalagens dos alimentos. O consumo de Oxigênio reflete o gasto energético, o método mais comum de estimar a taxa metabólica é através do consumo de oxigênio da pessoa, a taxa na qual o corpo consome oxigênio á medida que metaboliza os nutrientes. O metabolismo da glicose para gerar energia está nas ligações de ATP, e esse processo é mais eficaz na presença de oxigênio. É chamado de calorimetria indireta Outro método para estimar a taxa metabólica é a medição da produção de dióxido de carbono, sozinho ou combinado com o consumo de oxigênio. A equação (4) mostra que o metabolismo aeróbio consome O2 e produz CO2. No entanto, a taxa de CO2 produzida a partir do consumo de O2 varia conforme a composição de uma dieta. Essa taxa de CO2 produzido a partir do O2 consumido é conhecida como quociente respiratório (QR) ou taxa de troca respiratória. O QR varia entre valores de 1 (mais elevado), em uma dieta puramente a partir de carboidratos, a 0,8 para proteínas e 0,7 para gorduras Taxa metabólica basal: A taxa metabólica mais baixa de um indivíduo, ou seja, quando está dormindo. Contudo ao fato de ser difícil calcular, de uma pessoa dormindo, utiliza a taxa metabólica em repouso (TMR) muitas das vezes medida após 12 horas de jejum em uma pessoa acordada. Vários fatores alteram a taxa metabólica como: Idade e sexo Quantidade de massa muscular magra (Os músculos possuem consumo de oxigênio mais alto que o do tecido adiposo, mesmo em repouso. (A maior parte do volume de uma célula do tecido adiposo está ocupada por gotas de lipídeos metabolicamente inativas.) Essa é uma razão pela qual frequentemente o aconselhamento para perda de peso inclui treinamento com pesos além de exercícios aeróbios. O treinamento com pesos adiciona massa muscular ao corpo, a qual aumenta a TMB e resulta em mais calorias sendo queimadas em repouso). Nível de atividade (A atividade física e a contração muscular aumentam a taxa metabólica acima da taxa basal) Dieta (A taxa metabólica em repouso aumenta após uma refeição, o que é um fenômeno conhecido como termogênese induzida pela dieta. Em outras palavras, há um custo energético para a digestão e a assimilação dos alimentos. A termogênese induzida pela dieta é relacionada ao tipo e à quantidade de alimento ingerido. As gorduras provocam relativamente pouca termogênese induzida pela dieta, e as proteínas aumentam ao máximo a produção de calor. Esse fenômeno pode apoiar as afirmações de alguns nutricionistas de que comer uma caloria de gordura é diferente de comer uma caloria de proteína, embora elas contenham a mesma quantidade de energia quando mensuradas por calorimetria direta.) Hormônios (A TMB é aumentada pelos hormônios da tireoide e pelas catecolaminas (adrenalina e noradrenalina). Alguns dos peptídeos que regulam a ingestão alimentar também parecem influenciar o metabolismo) Genética Dos fatores que alteram a taxa metabólica, uma pessoa pode controlar apenas dois fatores: a entrada de energia e o nível de atividade física. Se a atividade física da pessoa inclui treinamento de força, que aumenta a massa muscular magra, a TMR aumenta. Isso porque a adição de massa muscular magra cria um adicional de energia, o qual diminui o número de calorias que será armazenado. A ingestão diária de energia de uma pessoa varia com as necessidades e a atividade do corpo. O glicogênio, polímero da glicose, é uma forma mais compacta de energia do que um número igual de moléculas individuais de glicose. O glicogênio também requer menos água para hidratação. Por essa razão, nossas células então convertem glicose em glicogênio para armazenamento. Normalmente, possuímos aproximadamente 100 g de glicogênio no fígado e 200 g no músculo esquelético. Contudo, mesmo estes 300 g de glicogênio podem fornecer energia o suficiente para apenas 10 a 15 horas. O encéfalo sozinho requer 150 g de glicose por dia. Como resultado, o corpo mantém a maioria da sua energia de reserva em moléculas compactas de gordura de alta energia. Isso quer dizer que cada quilo de gordura do corpo armazena cerca de 3.500 kcal de energia. O elevado conteúdo calórico da gordura e a composição histológica da célula gordurosa, composta por pouco citosol e elevada quantidade de gotículas de gordura (p. 82), fazem do tecido adiposo um eficiente estoque corporal de grandes quantidades de energia com menor espaço ocupado. Metabolicamente, entretanto, a energia da gordura é de mais difícil acesso, e o metabolismo das gorduras é mais lento do que o dos carboidratosMETABOLSMO METABOLISMO são todas as reações químicas do corpo. As reações que compõe estas vias: 1: extraem energia dos nutrientes, 2: usam essa energia para o trabalho e 3: armazenam o excesso de energia de modo que está possa ser usada posteriormente. VIAS METABÓLICAS: (1) Via Anabólica: Capazes de sintetizar uma grande quantidade de moléculas a partir de muitas unidades menores. (CONSTRUIR) (2) Via Catabólica: Capazes de quebrar uma grande molécula em partículas menores. (QUEBRAR) Dividimos o metabolismo em duas fases: Estado alimentado e Estado em Jejum. Estado Alimentado ou estado absortivo: é o período que segue uma refeição, quando os produtos da digestão estão sendo absorvidos, utilizados e armazenados. Esse é um estado anabólico no qual a energia das biomoléculas dos nutrientes é transferida para compostos de alta energia ou armazenada em ligações químicas de outras moléculas. Estado de Jejum ou estado pós absortivo: Uma vez que os nutrientes de uma refeição recente não estão mais na corrente sanguínea e disponíveis para uso pelos tecidos. À medida que o pool de nutrientes disponíveis no sangue diminui, o corpo os extrai de suas reservas armazenadas. O estado pós- absortivo é catabólico porque as células quebram grandes moléculas em moléculas menores. A energia liberada pela quebra das ligações químicas das moléculas maiores é utilizada para realizar trabalho A energia ingerida pode ser utilizada ou armazenada As biomoléculas que ingerimos estão destinadas a atingir um destes três destinos: (1) Energia, (2) Síntese e (3) Armazenamento. Energia: As biomoléculas são metabolizadas imediatamente e a energia liberada a partir da quebra das ligações químicas são armazenadas no ATP, no fosfato de creatina e em compostos ricos em energia. Essa energia pode ser utilizada para fazer trabalho mecânico. Síntese: As biomoléculas que entram nas células podem ser usadas para sintetizar componentes básicos necessários para o crescimento e a subsistência de células e tecidos. Ou seja, vão ser utilizadas para metabolizar outros componentes. Armazenamento: Se a quantidade de alimento ingerida excede o necessário para o corpo de energia e síntese, o excesso de energia vai para armazenamento nas ligações de glicogênio e da gordura. O armazenamento torna a energia disponível para os períodos de jejum, no caso sofrem ação catabólica. DESTINO DAS BIOMOLÉULAS O destino de uma biomolécula vai depender se ela é um carboidrato, proteína ou uma gordura. Essa imagem representa de forma esquemática o caminho dessas BIOMOLÉULAS, desde a ingestão até a formação dos 3 pools de nutrientes corporais: ácidos graxos livres (vem da gordura), a glicose (carboidrato) e aminoácido (proteína). Os Pools de nutrientes são nutrientes disponíveis para uso imediato, em que estão localizados no plasma. ÁCIDOS GRAXOS LIVRES: formam o primeiro pool primário de gordura no sangue. Podem ser utilizados como fonte energética por diversos tecidos ou facilmente armazenados na forma de gordura (triglicerídeos) no tecido adiposo. CARBOIDRATO: são absorvidos principalmente como pools de glicose. A concentração de glicose no plasma é a mais estritamente regulada dos três pools de nutrientes, uma vez que a glicose é o único combustível que o encéfalo pode metabolizar, exceto em períodos de jejum. FIGURA: observe o cano de saída da glicose, se o pool de glicose ficar abaixo de certos níveis, somente o cérebro tem acesso, isso funciona como forma de preservação do encéfalo para garantir que tenha um suprimento de energia. Se o pool de glicose do corpo está dentro de uma faixa normal, a maioria dos tecidos usa a glicose como sua fonte de energia. O excesso de glicose é armazenado como glicogênio. A síntese de glicogênio a partir da glicose é um processo conhecido como glicogênese. A capacidade de armazenamento de glicogênio, entretanto, é bastante limitada, o que leva o organismo a estocar quantidades excessivas de glicose na forma de gordura por meio da lipogênese. Se as concentrações plasmáticas de glicose são reduzidas, o organismo converte glicogênio em glicose por meio da glicogenólise. Para o nosso corpo manter os níveis de glicose precisos utilizando-se do balanço entre metabolismo oxidativo, glicogênese, glicogenólise e lipogênese. Se a homeostasia falha e a glicose no plasma excede um nível crítico, como ocorre no diabetes melito, o excesso de glicose é excretado na urina. A excreção de glicose ocorre somente quando o limiar renal para a reabsorção de glicose é excedido. AMNOÁCIDOS: Se formam a partir da proteína e pool de aminoácido. Esse pool é usado principalmente para a síntese protéica. Todavia, se a taxa de ingestão de glicose for baixa, os aminoácidos podem ser convertidos em glicose através do processo de gliconeogênse. Ou seja, há a síntese de glicose a partir de fontes não glicídicas. Os aminoácidos são a principal fonte de glicose pela via da gliconeogênese, mas o glicerol proveniente dos triacilgliceróis também pode ser utilizado. Tanto a gliconeogênese quanto a glicogenólise são fontes de reserva de glicose importantes durante os períodos de jejum. RESUMO Glicogênese: GLICOSE > GLICOGÊNIO Glicogenólise: GLICOGÊNIO > GLICOSE Gliconeogênese: AMNOÁCIDOS OU GLICEROL > GLICOSE Glicólise : QUEBRA DA GLICOSE > FORMA> PIRUVATO A direção do metabolismo é controlada por enzimas Como o organismo controla as mudanças do metabolismo entre o estado alimentado e estado em jejum? Uma característica da regulação metabólica é o uso de diferentes enzimas para catalisar reações nas direções direta e inversa. Este duplo controle é chamado de controle puxa-empurra perimte a regulação das reações enzimáticas. As enzimas são proteínas que possuem ligações que se conectam a diversos compostos. A maioria da das reações enzimáticas são moduladas por hormônios A Figura (b) representa uma série de reações por meio da qual a glicose é armazenada como glicogênio. Durante o estado alimentado, os hormônios secretados pelo pâncreas endócrino, sobretudo a insulina, estimulam as enzimas a promoverem a síntese de glicogênio por meio da glicogênese. Esse evento também inibe as enzimas responsáveis pela glicogenólise. O resultado líquido é a síntese de glicogênio a partir da glicose. O padrão reverso © é apresentado na Figura 22.4c. No estado de jejum, o hormônio glucagon, um outro hormônio secretado pelo pâncreas endócrino, predomina. O glucagon estimula as enzimas da glicogenólise e, ao mesmo tempo, inibe as enzimas da glicogênese. O resultado líquido é a síntese de glicose a partir do glicogênio. RESUMO: Diferentes enzimas atuam no processo de glicogênese e glicogênólise para diferentes metabolismo (alimentado e jejum). Sendo uma forma de manter o equilíbrio. METABOLISMO NO ESTADO ALIMENTADO O estado alimentado após a ingestão de alimentos é ANABÓLICO: os nutrientes absorvidos são utilizados para síntese de energia e estoque. CARBOIDRATOS: A glicose é o substrato primário para a síntese de ATP. A glicose é o substrato primário para a síntese de ATP. A glicose absorvida a partir do intestino entra pela via hepática (veia porta), sendo direcionada para o fígado. Aproximadamente 30% de toda a glicose ingerida é metabolizada no fígado. Os 70% restantes continuam na corrente sanguínea para serem distribuídos para o encéfalo, para os músculos e para outros órgãos e tecidos. A glicose, então, move-se do líquido intestinal para dentro das células através de transportadores de membrana GLUT. A maior parte da glicose absorvida de uma refeição vai imediatamente para a glicólise (quebra da molécula de glicose para produzir ATP) e para o ciclo do ácido cítrico para produzir ATP. Alguma glicose é utilizada pelo fígadopara a síntese de lipoproteínas. A glicose que não é utilizada para a produção de energia e para a síntese é armazenada como glicogênio ou gordura. A capacidade do corpo de armazenar glicogênio é limitada, assim a maior parte do excesso de glicose é convertida em triacilgliceróis e armazenada no tecido adiposo. ESTOQUE DE GLICOSE: O glicogênio, um grande polissacarídeo, é o principal meio de estoque de glicose no organismo. O glicogênio é um polímero de glicose, formado pela ligação de diversas moléculas individuais de glicose ligadas entre si em uma cadeia ramificada. Uma única partícula de glicogênio no citoplasma pode conter cerca de 55 mil moléculas de glicose unidas. RESUMO: Absorvido como: Primariamente glicose; também frutose e galactose. Metabolismo no estado alimentado: Utilizados imediatamente para a produção de energia através das vias aeróbias* (glicólise e ciclo do ácido cítrico) Utilizados para a síntese de lipoproteína no fígado • Armazenado como glicogênio no fígado e nos músculos esqueléticos (glicogênese) • Excesso convertido em gordura e armazenado nos adipócitos (lipogênese). Metabolismo no estado de jejum: • Quebra de polímeros de glicogênio (glicogenólise) para a síntese de glicose no fígado e nos rins ou para glicose-6-fosfato, utilizada na glicólise. O glicogênio é encontrado praticamente em todas as células do organismo, porém os seus maiores e mais representativos estoques estão no fígado e nos músculos esqueléticos. O glicogênio no músculo esquelético fornece uma fonte imediata de energia para a contração muscular. O glicogênio hepático serve de substrato principal para a síntese de glicose no organismo, principalmente em períodos entre as refeições (estados de jejum curto). Estima-se que o fígado contenha estoques equivalentes a aproximadamente 4 horas de suprimento como glicogênio. AMNOÁCIDOS: FORMAM AS PROTEÍNAS A maioria dos aminoácidos absorvidos a partir de uma refeição são direcionados para a síntese proteica. Como a glicose, os aminoácidos são levados primeiro para o fígado pelo sistema porta-hepático. O fígado, então, utiliza-os para a síntese de lipoproteínas e proteínas plasmáticas, como albumina, fatores da coagulação e angiotensinogênio. Os aminoácidos não captados pelo fígado são utilizados pelas células para produzir proteínas estruturais ou funcionais, como os elementos do citoesqueleto, as enzimas e os hormônios. Os aminoácidos são também incorporados em moléculas não proteicas, como os hormônios aminas e os neurotransmissores. Se a glicose se torna baixa, os aminoácidos são utilizados para a síntese energética, como descrito na próxima seção sobre o metabolismo do estado de jejum. Contudo, se são ingeridas mais proteínas do que o necessário para a síntese e o gasto de energia, o excesso de aminoácidos é convertido em gordura. Alguns fisiculturistas gastam grandes quantidades de dinheiro na compra de diversos suplementos à base de aminoácidos acreditando que isso promoverá maior crescimento da massa muscular. No entanto, esses aminoácidos não vão automaticamente para a síntese proteica. Quando a ingestão de aminoácidos excede a necessidade do corpo para a síntese proteica, o excesso é usado para gerar energia ou é armazenado como gordura. GORDURA: ESTOQUE A maior parte da gordura ingerida é organizada dentro do epitélio intestinal na forma de lipoproteínas e complexos lipídeos chamados quilomícrons. Os quilomícrons deixam o intestino e entram na circulação venosa através do sistema linfático, são constituídos por colesterol, triacilgliceróis, fosfolipídios e lipídeos ligados a proteínas chamados de apoproteínas. Uma vez que esses lipídeos começam a circular no sangue, a enzima lipase lipoproteica (LLP) liga-se ao endotélio capilar dos músculos, e o tecido adiposo converte os triacilgliceróis em ácidos graxos livres e em glicerol. Essas moléculas podem, então, ser utilizadas para a geração de energia pela maioria das células ou reorganizadas em triacilgliceróis para estoque no tecido adiposo. O quilomícron remanescente que permanece na circulação é captado e metabolizado pelo fígado e o colesterol dos remanescentes junta-se ao pool de lipídeos do fígado. Se o colesterol está em excesso uma parte pode ser convertida em sais biliares e excretada na bile. O colesterol dos remanescentes é adicionado ao colesterol recém-sintetizado e aos ácidos graxos e empacotado em complexos de lipoproteínas para secreção no sangue. Os complexos de lipoproteínas que entram novamente no sangue contêm uma quantidade variada de triacilgliceróis, fosfolipídeos, colesterol e apoproteínas. Quanto mais proteínas um complexo contém, mais pesado ele é, com os complexos de lipoproteínas do plasma variando entre lipoproteína de densidade muito baixa (VLDL) e lipoproteína de alta densidade (HDL). A combinação de lipídeos com proteínas torna o colesterol mais solúvel no plasma, mas os complexos não são capazes de se difundir através da membrana celular. Em vez disso, eles são transportados para o interior das células através de endocitose mediada por receptor. Os complexos de LDL contêm apoproteína B (apoB), a qual se combina com os receptores de C-LDL nas células distribuídas pelo organismo. A segunda lipoproteína mais comum no sistema circulatório é a lipoproteína de alta densidade (HDL). O HDL é muitas vezes chamado de “bom colesterol”, uma vez que o HDL está envolvido no transporte de colesterol para fora do plasma sanguíneo. O C-HDL contém apoproteína A (apoA), a qual facilita a captação de colesterol pelo fígado e por outros tecidos. Síntese de lipídeos A maioria das pessoas ingere quantidades suficientes de colesterol a partir de produtos animais contidos na dieta. Contudo, como o colesterol é uma molécula de extrema importância para o organismo, se ele não é ingerido via dieta, ele é sintetizado pelo fígado. Até mesmo vegetarianos que não comem nenhum produto animal (veganos) possuem quantidades substanciais de colesterol em suas células. O corpo pode produzir colesterol a partir da acetil- CoA em uma série de reações em cadeia. Quando o anel da estrutura do colesterol é formado, este é facilmente utilizado pelas células para a síntese de hormônios e de outras substâncias esteroides. O excesso na ingestão de glicose e de proteína leva à síntese de triacilgliceróis, uma importante etapa do metabolismo no estado alimentado. METABOLISMO NO ESTADO DE JEJEUM Uma vez que todos os nutrientes de uma refeição tenham sido digeridos, absorvidos e distribuídos para várias células, a concentração de glicose no plasma começa a cair. Isso é o sinal para o corpo mudar o metabolismo do estado alimentado (absortivo) para o estado de jejum (pós-absortivo). O metabolismo está sob o controle predominante de hormônios, os quais têm o objetivo de manter a homeostasia da concentração de glicose no sangue e, por consequência, a oferta da mesma como fonte de energia para ao encéfalo e os neurônios. A homeostasia da glicose é mantida por meio do catabolismo de conversão de glicogênio, proteínas e gorduras em intermediários que podem ser utilizados para a produção de glicose ou de ATP. Utilizar proteínas e gorduras para a síntese de ATP poupa a glicose plasmática para ser utilizada pelo encéfalo. Conversão do glicogênio em glicose A fonte mais fácil de obtenção de glicose para homeostasia plasmática de glicose é pelo estoque de glicogênio do organismo, predominante localizado no fígado. O glicogênio hepático é capaz de suprir a demanda por glicose por cerca de 4 a 5 horas. Através da glicogenólise, o glicogênio é quebrado em glicose ou em glicose-6-fosfato. A maior parte do glicogênio é convertida à glicose- 6-fosfatoem uma reação que separa a molécula de glicose do polímero de glicogênio, que ocorre com o auxílio de fosfatos inorgânicos obtidos no citosol. Somente cerca de 10% dos estoques de glicogênio são hidrolisados a moléculas de glicose pura. No estado de jejum, o glicogênio do músculo esquelético pode ser metabolizado em glicose, mas não diretamente. As células musculares, como a maioria das outras células, não possuem a enzima que produz glicose a partir da glicose-6-fosfato. Ou seja, a glicose-6- fosfato ou glicose produzida pela glicogenólise no musculo esquelético é metabolizada a piruvato (condição aeróbica) ou a lactato (condição anaeróbica). O piruvato e lactato são então transportados para o fígado que os usa para produzir glicose via gliconeogênese. As proteínas podem ser utilizadas para sintetizar ATP Durante o estado de jejum, os aminoácidos livres são normalmente utilizados como fonte de obtenção de ATP. Se o estado de jejum se prolonga por um período grande, as proteínas musculares são degradadas a aminoácidos para suprir a demanda energética. O primeiro passo do catabolismo proteico é a digestão de proteínas a polipeptídeos menores por enzimas, chamados de proteases (endopeptidases). Posteriormente, enzimas conhecidas como exopeptidases degradam as ligações terminais dos polipeptídeos menores, permitindo a liberação de aminoácidos livres. Os aminoácidos podem ser convertidos em intermediários que tanto participam da glicólise quanto do ciclo do ácido cíclico. A primeira etapa deste processo de conversão é a desaminação, a qual remove o grupamento amino do aminoácido (FIG. 22.10a). A desaminação também promove a síntese de moléculas de amônia e de ácidos orgânicos. Alguns dos ácidos orgânicos gerados nessa via são o piruvato e a acetil-CoA e diversos intermediários do ciclo do ácido cíclico. Os ácidos orgânicos podem, então, entrar na via do metabolismo aeróbio para produzir ATP. As moléculas de amônia (NH3) produzidas durante o processo de desaminação rapidamente se associam aos íons hidrogênio (H), convertendo-se em íons amônio (NH4 ), como demonstrado na Figura 22.10b. Ambos, a amônia e o íon amônio, são considerados tóxicos, porém as células do fígado rapidamente convertem esses compostos em ureia (CH4N2O). A ureia é o principal resíduo de nitrogênio do corpo e é excretada pelos rins. Se os estoques de glicogênio se tornam baixos e a concentração de glicose plasmática é ameaçada, as proteínas podem ser utilizadas para produzir glicose. No fígado, os aminoácidos ou o piruvato produzido a partir de aminoácidos entram na via da glicólise. Essa via, então, volta a produzir glicose-6- -fosfato e glicose (gliconeogênese). Os lipídeos estocam mais energia que a glicose e as proteínas As moléculas de lipídeos são consideradas a fonte primária de combustível do organismo, uma vez que possuem elevado conteúdo de energia quando comparadas às proteínas e aos carboidratos. Quando o corpo no estado de jejum necessita utilizar os estoques de energia, as lipases degradam os triacilgliceróis em glicerol e em ácidos graxos livres por meio de uma série de reações, denominada lipólise. O glicerol sintetizado a partir da lipólise entra na via da glicólise, posteriormente formando piruvato e ATP, assim como as moléculas de glicose comuns. As longas cadeias de ácidos graxos são mais difíceis de gerarem ATP. A maioria dos ácidos graxos precisa primeiramente ser transportada do citosol para a matriz mitocondrial (Fig. 22.12). Uma vez na matriz, os ácidos graxos são lentamente desacoplados em duas unidades de carbono por vez, até o fim da cadeia, em um processo chamado de beta-oxidação (-oxidação). RESUMINDO: o glicerol tem maior facilidade de gerar energia, por entrar na via da glicólise mais facilmente. Já os ácidos Graxos precisam ser transportados para o citosol e precisa sofrer o processo de beta oxidação. Na maioria das células, as unidades de dois carbonos dos ácidos graxos são convertidas em acetil-CoA, cuja unidade acil com dois carbonos alimenta diretamente o ciclo do ácido cítrico. Uma vez que muitas moléculas de acetil-CoA podem ser produzidas a partir de um único ácido graxo, os lipídeos contêm 9 kcal de energia armazenada por grama, comparados com 4 kcal por grama das proteínas e dos carboidratos. No estado de jejum, o tecido adiposo libera ácidos graxos livres e glicerol na corrente sanguínea. O glicerol será captado pelo fígado, convertendo-se em glicose na via da gliconeogênese. Os ácidos graxos serão captados por diversos tecidos e utilizados para a produção de energia. No fígado, se os ácidos graxos produzirem mais rapidamente grupamentos acetil-CoA do que o ciclo do ácido cítrico pode os metabolizar, o excesso de unidades acil será convertido em corpos cetônicos. Os corpos cetônicos tornam-se uma significativa fonte de energia para o cérebro em casos de jejum prolongado e de glicose baixa. Os corpos cetônicos entram no sangue, criando um estado chamado de cetose. Planos dietéticos com baixo teor de carboidratos, como a dieta de Atkins e a dieta de South Beach, são extremamente cetogênicos, visto que a maioria das calorias vem do metabolismo das gorduras. Essas dietas possuem muito pouca quantidade de carboidrato e alta quantidade de gordura e proteína, o que leva a um aumento do metabolismo da b-oxidação das gorduras e produção de corpos cetônicos. Pessoas que fazem essas dietas têm uma rápida perda de peso inicial, mas isso ocorre pela degradação do glicogênio e pela perda de água, não por redução de gordura do corpo. As dietas cetogênicas têm sido utilizadas no tratamento de crianças com epilepsia e que não respondem à terapia com medicamentos. Por razões ainda desconhecidas, a manutenção de um estado de cetose nessas crianças diminui a incidência das convulsões. Apesar disso, as dietas cetogênicas também podem ser perigosas. Os corpos cetônicos, como o ácido acetoacético e o ácido -hidroxibutírico, são poderosos ácidos metabólicos que podem afetar gravemente o equilíbrio do pH corporal, levendo à cetoacidose, uma acidose metabólica (p. 648). Entre os riscos associados a dietas cetogênicas estão a desidratação, a perda de eletrólitos, a ingestão inadequada de cálcio e vitaminas, a gota e os problemas renais. CONTROLE HOMEOSTÁTICO DO METABOLISMO O sistema endócrino é o principal responsável pela regulação metabólica. Apesar disso, o sistema nervoso também participa ativamente desse processo, particularmente nas situações que envolvem a ingestão de alimentos. Diversos hormônios estão envolvidos na regulação do metabolismo a longo prazo, porém de hora em hora essa regulação depende muito da taxa de relação entre a secreção de insulina e o glucagon, dois hormônios secretados por células endócrinas do pâncreas. Ambos os hormônios têm uma meia- vida curta e precisam ser continuamente secretados para que tenham um efeito sustentado. O PANCREAS SECRETA INSULINA E GLUCAGON O pâncreas secreta dois tipos de secreção: endócrina e exócrina. Secreção exócrina: entra no duodeno, em que provém das células acinares que produzem bicarbonato de sódio. E secreção endócrina: entram no sangue. Provém das ilhotas pancreáticas que produzem insulina, glucagon e somatostatina. Essas ilhotas pancreáticas possuem células específicas: Célula A (alfa) – produz glucagon, Células B (beta) secretam insulina e células D (Delta) secretam somatostatina. Em número bem menor estão as céulas pp ou céulas F que produzem o polipeptídeo pancreático. A razão entre insulina e glucagon regula o metabolismo Juntos a insulina e o Glucagon controlam o teor de açúcar no organismo. Ou seja, no estado alimentado, quando o corpo está absorvendo os nutrientes, a insulina é o hormônio dominante, e o organismo entra em estado anabólico.No estado de jejum, as reações metabólicas previnem a queda da concentração da glicose plasmática (hipoglicemia). Quando o glucagon predomina, o fígado usa glicogênio e intermediários não glicídicos para sintetizar glicose para liberação no sangue. Em uma pessoa com metabolismo considerado normal, a concentração de glicose no jejum é mantida em cerca de 90 mg/dL de sangue, a secreção de insulina é mantida baixa e os níveis de glucagon estão relativamente elevados. Após a absorção dos nutrientes de uma refeição, a glicose plasmática aumenta. Esse aumento na glicose plasmática inibe a secreção de glucagon e estimula a liberação de insulina. A insulina, por sua vez, promove a maior entrada de glicose às células. Como resultado, a concentração de glicose começa a baixar até os níveis normais de jejum. Isso ocorre a cada refeição feita. A secreção de insulina é reduzida em conjunto com a concentração de glicose, e o glucagon lentamente começa a aumentar. A insulina é o hormônio predominante no estado alimentado A glicose é um importante estímulo à secreção da insulina, porém outros fatores têm influência sobre o aumento, a amplificação ou mesmo a inibição da secreção: (1) Aumento da concentração de glicose plasmática. O estímulo principal para liberação da insulina é a concentração plasmática de glicose maior do que 100 mg/dL. A glicose absorvida no intestino delgado chega às células beta do pâncreas, onde é captada pelo transportador GLUT2. (2) Aumento da concentração de aminoácidos O aumento da concentração de aminoácidos no plasma após uma refeição também desencadeia a secreção de insulina (3) Efeitos antecipatórios dos hormônios GI Mais de 50% de toda a secreção de insulina é estimulada por um hormônio chamado de peptídeo semelhante ao glucagon n 1 (GLP-1), são hormônios pertencentes à família das incretinas e produzidos pelas células localizadas no intestino (jejuno e íleo) em resposta à ingestão de nutrientes. (4) Atividade parassimpática A atividade parassimpática para o trato GI e para o pâncreas aumenta durante e após uma refeição. (5) Atividade simpática A adrenalina e a noradrenalina inibem a secreção de insulina e desviam o metabolismo para a gliconeogênese, a fim de fornecer combustível extra para o sistema nervoso e o músculo esquelético A insulina promove o anabolismo. De modo interessante, o tecido muscular esquelético quando exercitado não é dependente da atividade da insulina para que a glicose possa entrar na célula. Quando os músculos contraem, os transportadores GLUT4 são inseridos na membrana mesmo na ausência de insulina, e a captação da glicose aumenta. O transporte de glicose no fígado (hepatócitos) não é diretamente dependente de insulina, contudo é influenciado pela presença ou ausência da mesma. Os hepatócitos possuem transportadores GLUT2, sempre presentes na membrana da célula. No estado de jejum, quando os níveis de insulina estão baixos, a glicose move-se para fora do fígado, em direção à circulação sanguínea, no intuito de manter a homeostasia da glicose, os hepatócitos estão convertendo o glicogênio armazenado e os aminoácidos em glicose. No estado alimentado, a insulina ativa a hexocinase, uma enzima que fosforila a glicose à glicose-6- -fosfato. Essa reação de fosforilação mantém a concentração de glicose intracelular mais baixa que a concentração plasmática. Agora, a glicose difunde-se nos hepatócitos, e os transportadores GLUT2 operam em direção reversa. A insulina aumenta a utilização e o armazenamento da glicose. A insulina ativa enzimas para a utilização de glicose (glicólise) e a síntese de glicogênio (glicogênese). Simultaneamente, a insulina inibe as enzimas de degradação do glicogênio (glicogenólise), síntese de glicose (gliconeogênese) e degradação da gordura (lipólise), no intuito de garantir que o metabolismo vá em direção ao anabolismo. Se for ingerida mais glicose do que é necessário para a síntese e a produção de energia, o excesso é convertido em glicogênio ou ácidos graxos. A insulina aumenta a utilização de aminoácidos. A insulina ativa enzimas para a síntese proteica e inibe enzimas que promovem a quebra de proteínas. Se uma refeição inclui proteínas, os aminoácidos do alimento ingerido são usados para a síntese proteica pelo fígado e pelo músculo. O excesso de aminoácidos é convertido em ácidos graxos. A insulina promove a síntese de lipídeos. A insulina inibe a -oxidação de ácidos graxos e promove a conversão do excesso de glicose e aminoácidos em triacilgliceróis (lipogênese). Os triacilgliceróis em excesso são armazenados como gotículas de lipídeos no tecido adiposo. Em resumo, a insulina é um hormônio anabólico porque promove a síntese de glicogênio, de proteínas e de gorduras. Quando a insulina está ausente ou deficiente, as células vão para o metabolismo catabólico. O glucagon é predominante no estado de jejum O glucagon é secretado pelas células alfa-pancreáticas, as quais são geralmente antagonistas à insulina e a seus efeitos metabólicos. Quando a concentração de glicose plasmática se reduz após algumas horas de uma refeição, a secreção de insulina torna-se bastante baixa, e os efeitos da secreção do glucagon sobre o metabolismo celular em todo o organismo crescem significativamente. Como observado, é a proporção de insulina em relação ao glucagon (razão insulina/glucagon) que determina a direção do metabolismo, em vez da quantidade absoluta de qualquer dos dois hormônios. A função do glucagon é prevenir a hipoglicemia, de modo que a concentração de glicose é considerada o estímulo primário mais importante para a secreção do hormônio (FIG. 22.18). Quando a glicose plasmática se torna menor que 100 mg/dL, a secreção de glucagon aumenta significativamente. Em uma concentração de glicose acima de 100 mg/dL, ou seja, quando a insulina é secretada em maior quantidade, o glucagon é inibido e permanece em níveis baixos, mas constantes. A forte relação entre a secreção de insulina e a inibição de glucagon tem levado à especulação de que as células alfa são reguladas por algum fator associado à insulina, em vez de diretamente pela concentração da glicose no plasma. O fígado é o tecido- alvo primário do glucagon. O glucagon estimula a glicogenólise e a gliconeogênese para aumentar a produção de glicose. Estima-se que, durante o jejum noturno, 75% da glicose produzida pelo fígado é proveniente das reservas de glicogênio, e os 25% restantes, da gliconeogênese. A liberação de glucagon também é estimulada por aminoácidos plasmáticos. Esta via evita a hipoglicemia após a ingestão de uma refeição com proteína pura. Veremos como ocorreria a hipoglicemia na ausência de glucagon. Se uma refeição contém proteínas, mas não carboidratos, os aminoácidos absorvidos causam a secreção de insulina. Embora nenhuma glicose tenha sido absorvida, a captação de glicose estimulada pela insulina aumenta, e a concentração de glicose no plasma cai. A não ser que algo se oponha a esse processo, o suprimento de combustível para o encéfalo é ameaçado pela hipoglicemia. A cossecreção de glucagon nessa situação evita a hipoglicemia pela estimulação da produção de glicose hepática. Desse modo, embora apenas aminoácidos tenham sido ingeridos, ambos, glicose e aminoácidos, tornam-se disponíveis para os tecidos periféricos. Diabetes melito Diabetes melito tipo 1. Esta é uma condição de deficiência de insulina em consequência da destruição das células beta do pâncreas. O diabetes tipo 1 é mais comumente uma doença autoimune, na qual o corpo falha em reconhecer as células beta como “próprias” e as destrói com anticorpos e leucócitos. A outra maior variante do diabetes melito é o diabetes tipo 2. Este tipo de diabetes é também conhecido como diabetesresistente à insulina, uma vez que, na maioria dos pacientes, os níveis de insulina no sangue são normais ou até mesmo elevados inicialmente. Posteriormente no processo da doença, muitos diabéticos tipo 2 se tornam deficientes de insulina e passam a necessitar de injeções dela. O diabetes tipo 2 é, na verdade, uma família inteira de doenças determinadas por causas variadas. Normalmente, as pessoas saudáveis apresentam uma pequena elevação na concentração de glicose plasmática imediatamente à ingestão de uma solução contendo glicose, mas o nível rapidamente retorna aos valores normais, devido à ação da secreção de insulina. Nos pacientes diabéticos, contudo, a concentração elevada de glicose no estado de jejum está acima do normal e aumenta ainda mais à medida que a glicose é absorvida pelo organismo. No diabetes, a concentração de glicose permanece elevada (acima de 200 mg/dL após 2 horas de teste). Esta lenta resposta indica que as células não estão conseguindo captar e metabolizar a glicose de forma normal. Os pacientes pré-diabéticos apresentam uma resposta intermediária; após 2 horas da ingestão de glicose, os valores plasmáticos ficam em torno de 140 a 199 mg/dL de sangue. TIPO 1: Muitos desenvolvem a doença da infância. Caractreriza-se pela deficiência de insulina em consequência da destruição das células betas do pâncreas. Após uma refeição, a absorção de nutrientes pelo intestino ocorre normalmente, uma vez que esse processo é independente de insulina. No entanto, a captação dos nutrientes do sangue e o metabolismo celular em muitos tecidos são dependentes de insulina e, consequentemente, bastante diminuídos na ausência dela. Sem nutrientes para metabolizar, as células vão para o metabolismo do estado de jejum: (1) Metabolismo das proteínas. Sem glicose para produzir energia e aminoácidos para a síntese proteica, os músculos degradam as suas proteínas para fornecer substrato para a produção de ATP. Os aminoácidos são também convertidos a piruvato e lactato, os quais são liberados pelo tecido muscular, sendo transportados para o fígado. (2) Metabolismo das gorduras. O tecido adiposo no metabolismo no estado de jejum degrada a sua gordura armazenada. Os ácidos graxos entram no sangue para serem transportados para o fígado. O fígado usa a -oxidação para quebrar os ácidos graxos. Contudo, esse órgão é limitado na sua capacidade de enviar ácidos graxos para o ciclo do ácido cítrico, e o excesso de ácidos graxos é convertido em cetonas. Os corpos cetônicos entram novamente na circulação e podem ser usados por outros tecidos (como o músculo e o encéfalo) para a síntese de ATP. (A degradação dos tecidos muscular e adiposo na ausência de insulina leva à perda de tecido e ao “derretimento da carne”, descrito por Aretaeus.) No entanto, as cetonas são também ácidos metabólico, criando um estado de cetoacidose. (3) Metabolismo da glicose. Na ausência de insulina, a glicose permanece no sangue, causando hiperglicemia. O fígado, impossibilitado de metabolizar a glicose, inicia um processo de estado de jejum das vias da glicogenólise e da gliconeogênese. A ativação de ambas as vias produz quantidade adicional de glicose a partir de glicogênio, de aminoácidos e de glicerol. Quando o fígado coloca toda essa quantidade de glicose no sistema circulatório, a hiperglicemia aumenta significativamente. A hiperglicemia diabética promove o aumento da osmolaridade no sangue e cria um estado conhecido como hiperglicemia hiperosmótica. A glicemia plasmática pode ser maior que 600 a 1.200 mg/dL e a osmolaridade atinge valores entre 330 e 380 mOsM. A osmolaridade elevada estimula a secreção do hormônio vasopressina (ADH), uma resposta hormonal de esforço do organismo em conservar a quantidade de água corporal e manter a osmolaridade em níveis normais. (4) Metabolismo do encéfalo. Os tecidos que não são dependentes de insulina, como a maioria dos neurônios do encéfalo, continuam o metabolismo normalmente. Todavia, os neurônios localizados no centro da saciedade do cérebro são sensíveis à insulina. Como consequência, na ausência de insulina, o centro da saciedade é incapaz de captar a glicose do plasma. Esse centro percebe a ausência de glicose intracelular como inanição e permite que o centro da fome aumente a ingestão alimentar. O resultado é a polifagia (excesso de vontade de comer), um clássico sintoma associado ao diabetes melito tipo 1 não tratado. (5) Diurese osmótica e poliúria. Se a hiperglicemia (aumento na concentração de glicose plasmática) do diabetes ultrapassa o limiar renal para a glicose, a reabsorção da glicose no túbulo proximal do rim torna-se saturada. Como resultado, alguns açúcares não são filtrados e absorvidos, sendo, portanto, excretados na urina (glucosúria). (6) Desidratação. A desidratação causada pela diurese osmótica está ligada à redução do volume circulatório, promovendo a queda da pressão arterial. A baixa pressão arterial estimula mecanismos homeostáticos de controle da pressão arterial, a fim de aumentar a mesma a níveis normais, incluindo a secreção de vasopressina, o que causa a constante sede (polidipsia) e a compensação cardiovascular. (7) Acidose metabólica. A acidose metabólica no diabetes tem duas origens potenciais: o metabolismo anaeróbio e a produção de corpos cetônicos. A causa primária da acidose metabólica em diabéticos tipo 1 está na produção hepática de corpos cetônicos. Os acientes com cetoacidose diabética (DKA) apresentam sinais de acidose metabólica, como aumento da ventilação, acidificação da urina e hipercalemia (p. 648). Os tecidos também podem apresentar elevação da glicólise anaeróbia (o que aumenta a síntese de lactato) se a pressão arterial reduzir o fluxo de perfusão de sangue tecidual e, consequentemente, promover a inadequada oferta de oxigênio às células. O lactato deixa as células e entra no sangue, contribuindo para o estado de acidose metabólica. Se não for tratada, a combinação de cetoacidose e hipóxia devido ao colapso circulatório pode causar coma e até mesmo morte. O tratamento para o paciente com cetoacidose diabética é a reposição de insulina, acompanhada por terapia líquida e eletrolítica para repor a perda de volume e de íons. REGULAÇÃO DA TEMPERATURA CORPORAL A temperatura corporal é um equilíbrio entre produção, ganho e perda de calor. Vários fatores afetam a temperatura corporal em um determinado sujeito. A temperatura corporal aumenta com a realização de exercícios físicos ou mesmo após uma refeição (efeito térmogênico dos alimentos). O balanço de temperatura no organismo, assim como a regulação energética depende do equilíbrio dinâmico entre a entrada e a saída de calor. A entrada de calor tem dois componentes: a produção interna de calor, a qual inclui o calor normal do metabolismo e a liberação de calor durante a contração muscular, e a entrada de calor externo a partir do ambiente através de radiação ou de condução. Nós perdemos calor do corpo por quatro vias: condução, radiação, convecção e evaporação. A perda de calor por condução é a perda do calor do corpo para um objeto mais frio que está tocando o corpo, como um saco de gelo ou um banco de pedra frio. Estima-se que a perda de calor radiante do corpo humano é aproximadamente a metade do calor perdido por uma pessoa em repouso em uma sala normal. A termografia é uma técnica de diagnóstico por imagem que mede a perda de calor radiante. Alguns tumores cancerígenos podem ser visualmente identificados, uma vez que eles têm atividade metabólica mais alta e emitem mais calor do que os tecidos vizinhos. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA 1. SILVERTHORN, D. Fisiologia Humana: Uma Abordagem Integrada, 7ª Edição, Artmed, 2017.
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