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BIOQUÍMICA DOS Alimentos Camilla Nunes | Nutrição | 2º Período | @camilla.pnunes CARBOIDRATOS: RESPIRAÇÃO CELULAR: Respiração celular, nada mais é que, um processo em que moléculas orgânicas são oxidadas, para que ocorra a produção de ATP (energia). Revista de Ciência Elementar; Vol. 1 Ano 2013 (Moreira, C) GLICÓLISE O que é? Em síntese, a via glicolítica ou glicólise, é a quebra da molécula de açúcar (glicose). E é a 1ª etapa da respiração celular. Como é realizada? É realizada por meio de 10 etapas de reações químicas, com a presença de 10 enzimas diferentes, que irão metabolizar essa glicose (6C) em dois compostos com 3C (piruvato) É composta por 2 fases e é a via central no metabolismo, encontrada em todas as formas de vida. Quais são as fases? 1. Fase preparatória ou fase de investimento (2 moléculas de ATP serão investidas) 2. Fase de pagamento (os ATPs “perdidos” serão compensados) Onde ocorre esse processo? Ocorre no citosol das células Resumo de cada etapa: 1) Para iniciar essa fase, será necessário 1 molécula de ATP. Já dentro das células, com atuação da enzima hexoquinase (músculo) e glicoquinase (fígado), a glicose será fosforilada e virará glicose-6-fosfato Reação em caráter irreversível, pois a quantidade energética de ATP é maior que a da glicose-6-fosfato 2) Caso a glicose-6-fosfato siga para a via glicolítica, o 2º passo será o da isomerização, com a atuação da enzima fosfohexose isomerase e será transformada em frutose-6-fosfato Transformação de uma aldose em cetose Reação em caráter reversível, pois a quantidade energética das moléculas é igual Haverá essa mudança, já que a molécula de F6P é mais simétrica em relação a G6P e assim será dividida mais facilmente na fase final 3) Com a atuação da enzima fosfofrutoquinase, haverá mais uma fosforilação, através de 1mol de ATP e será transformada em frutose-1,6- bifosfato. Reação irreversível. 4) Essa reação será de quebra de carbono-carbono. Será quebrada em 2 trioses, catalisada pela enzima aldolase: gliceraldeido-3- fosfato e diidroxiacetona fosfato (DHAP) Estas são interconversíveis, ou seja, diidroxiacetona poderá ser convertido em gliceraldeído, pois temos uma isomerase. Quando há quebra de moléculas de carbono, haverá liberação de prótons de hidrogênio. Logo, o NAD+ irá capturar e virará NADH. 5) Através da enzima Triose Fosfato Isomerase, haverá conversão da diidroxiacetona em gliceraldeído. Logo, quem seguirá para a fase de pagamento, será gliceraldeído-3-fosfato e como houve a conversão citada acima, serão 2 moléculas. Logo, a partir daqui, todas as reações serão em dobro. 6) Gliceraldeído irá sofrer uma oxi- redução e ao mesmo tempo, terá adição de um grupo fosfato (Pi) Através da enzima gliceraldeído-3-P desidrogenase, gliceraldeído, será convertido em 1,3-bifosfoglicerato. Haverá redução de NAD+ para NADH. Reação reversível. 7) Reação com ação da enzima fosfoglicerato quinase, que perderá um grupo fosfato, transformando assim, ADP em ATP e teremos a conversão em 3- fosfoglicerato. *Como o processo é em dobro, haverá 2mol de ATP. 8) Reação com ação da enzima fosfoglicerato mutase, que realocará o carbono de lugar, assim, convertendo em 2-fosfoglicerato. 9) Reação de desidratação, com ação da enzima enolase, transformando em fosfoenolpiruvato. 10) Finalização com a conversão em 2 piruvatos, catalisada pela enzima piruvato quinase. Com isso, haverá perda de um grupo fosfato, transformando assim, ADP em ATP. Representação gráfica: Resumo: Consumo e saldo final da Glicólise: 2mol de ATP + 2mol de Pi + 2mol de NAD+ 2mol de ATP + 2mol de NADH+ + 2mol de Piruvato SOBRE O ATP: O ATP (adenosina trifosfato) é uma molécula que armazena energia, liberando-a quando necessário. O ATP é formado por uma base nitrogenada, ligada a ribose, formando a adenosina, a qual se liga a 3 grupos fosfato. E assim o faz, por uma reação de hidrólise (quebra de uma molécula em moléculas menores, com a participação de H2O) Nessa reação, ocorrerá a liberação do íon Pi (Fosfato Inorgânico) após a adição de 1mol de água na ligação de fosfato terminal, além de energia. Logo, ATP + H2O = ADP + Pi + energia livre O que acontece com o piruvato e o NADH, do saldo final? PIRUVATO: Se houver O2 disponível, o piruvato poderá ser quebrado até dióxido de carbono, na respiração celular, produzindo muitas mol de ATP. Caso não haja O2 disponível, ele será convertido em lactato (fermentação láctica) ou etanol (fermentação alcoólica) NADH: A glicólise precisa de NAD+ para aceitar elétrons. Se não houver NAD+ essa reação poderia não acontecer e a glicólise ficaria em um impasse. Portanto, todas as células precisam de uma maneira para reverter o NADH em NAD+ outra vez, para manter a glicólise acontecendo. E isso será feito, basicamente, em 2 maneiras: Quando há O2: O NADH poderá passar os seus elétrons pela cadeia transportadora de elétrons (última fase) regenerando NAD+ Em falta de O2: As células precisarão utilizar outra via. O NADH doará seus elétrons para uma molécula aceptora, em uma reação que não produzirá ATP, mas regenera à NAD+ (fermentação). O que é o NAD? NAD = Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo. A vitamina B3 (niacina) é uma precursora dessa coenzima. Coenzima: Molécula orgânica ligada a uma enzima Enzima: São catalisadores biológicos (aceleram reações químicas específicas) Maior parte das enzimas são proteínas Transportador de elétrons e hidrogênios, nas reações metabólicas de oxi-redução. Apresenta 2 estados de oxidação: Oxidado (NAD+): Quando NÃO está capturando elétrons e hidrogênios. Reduzido (NADH): Quando está capturando elétrons e hidrogênios. CICLO DE KREBS: O que é? Conjunto de reações que conduz a oxidação completa da glicose. É a 2ª fase da respiração celular. Onde ocorre? Ocorre na matriz mitocondrial A glicólise (1ª etapa) ocorreu no citosol das células e os 2 piruvatos originados, serão “enviados” para dentro da mitocôndria, para dar seguimento nessa etapa. Mas, para o piruvato entrar dentro da mitocôndria, algumas reações acontecem: Essa fase é anterior ao Ciclo de Krebs. 1) Para que o piruvato entre dentro da mitocôndria, ele precisará passar pela membrana. Quando isso acontece, o piruvato, que é uma molécula com 3C, perderá um Carbono, na forma de CO2, assim formando uma molécula com 2C, o Acetil. Na fase de descarboxilação, haverá energia liberada, pois a ligação de 3C possuía bastante energia. Essa energia que foi “liberada” é capturada pelo NAD+, reduzindo este, para NADH. 2) Esse Acetil se juntará a Coenzima A (enzima + vitamina) e assim, aumentará a velocidade das reações químicas que ocorrerão no Ciclo de Krebs, formando assim, a molécula Acetil Coenzima A. Lembrando que, havia 2mol de Piruvato, advindas da Glicólise, então, essa etapa inicial (formação do Acetil-CoA) ocorrerá em dobro. Logo, 2 piruvatos -> 2 Acetil-CoA + 2 CO2 + 2 NADH. Essa reação ocorrerá com ação da enzima piruvato desidrogenase. Resumo de cada etapa: 1) A reação inicia com a molécula de Acetil-CoA (2C) e se unirá com uma molécula de 4C, o Oxaloacetato, com a ação da enzima citrato sintase, gerando uma molécula de Citrato. Reação irreversível. 2) Ocorrerá uma reação de isomerização, catalisada pela enzima aconitase, formando isocitrato. A diferença entre as moléculas é apenas a posição de 1OH. Reação reversível, pois é uma reação próxima do equilíbrio energético, logo pode acontecer nos 2 sentidos. Porém, ocorrerá mais da forma de fazer citrato, do que isocitrato. Essa informação é importante, por conta da regulação do ciclo de Krebs. 3) Ocorrerá uma reação de descarboxilação oxidativa, catalisada pela enzima isocitrato desidrogenase.Haverá perda de 1CO2, logo haverá perda de 1C e a molécula irá virar alfa- cetoglutarato (5C) Além da perda do CO2, haverá transferência de elétrons. Logo, reduzirá o NAD+, para NADH. 4) Ocorrerá uma reação semelhante a 1ª reação, catalisada pela enzima alfa- cetoglutarato desidrogenase. Essa reação será colocar 1 CoA, redução de um NAD, virando NADH. Uma reação de descarboxilação oxidativa. E transformará essa molécula em succinil-CoA (4 carbonos, pela perda do CO2) 5) Haverá perda da ligação da Coenzima A, logo, perda de energia e virará apenas 1 mol de 4C, catalisada pela enzima succinil-CoA sintetase e formará succinato. Essa perda de energia, será transferida para fosforilação de 1mol de GDP, em GTP (em termos energéticos, ATP e GTP são exatamente a mesma coisa, pois são interconversíveis. GTP poderá doar seu fosfato para ADP, formando ATP) 6) Succinato será metabolizado por uma desidrogenase, a enzima succinato desidrogenase. Ao invés dessa desidrogenase reduzir um NAD, ela reduzirá um FAD+, virando FADH2 (produzido na membrana) Não é uma enzima solúvel na matriz da mitocôndria. Oxidará a molécula succinato em fumarato (4 carbonos) 7) Haverá uma reação de hidratação (perderá a dupla ligação) catalisada pela enzima fumarase e formará malato. 8) Malato sofrerá uma reação de oxi- redução, reduzindo NAD em NADH. Transformando em oxaloacetato, catalisada pela enzima malato desidrogenase. E isso caracterizará essa via, ciclo de Krebs, em uma via cíclica. Pois o oxaloacetato que será necessário para iniciar a reação, junto a Coenzima A, será "devolvido" após a reação "finalizar". Representação gráfica: Consumo e saldo final da Glicólise: 2Acetil-CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi 3CoA + 4NADH + FADH2 + GTP/ATP + CoA Toda essa quantidade deve ser considerada em DOBRO. FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA: O que é e onde ocorre? É a 3ª fase da respiração celular. Será onde as moléculas de FADH2 E NADH, são oxidadas. Essa fase compreende um conjunto ordenado de enzimas e transportadores de elétrons inseridos na membrana interna da mitocôndria. Ocorre nas cristas internas das mitocôndrias. Resumo de cada etapa: Nessa etapa, haverá destaque para a membrana interna e externa da mitocôndria. Membrana interna: contém várias proteínas transmembranas, ancoradas. 1) De início, o NADH irá transferir elétrons para o 1º complexo de proteínas (complexo I) pois existem várias proteínas dentro deste. E por esse NADH transferir elétrons, voltará a ser NAD+. Nesse 1º processo, haverá 4 bombeamentos de Hidrogênio. 2) Após esse processo, haverá transferência de elétrons, para a Coenzima Q (pequena molécula de lipídio, dentro da membrana mitocondrial interna e consegue se mexer mais rapidamente, do que o complexo I, por ser bem menor - Ubiquinona) 3) A Coenzima Q doará elétrons, para outro complexo, o Complexo III (grande complexo de proteínas, que atravessa a membrana, semelhante ao complexo I) 4) O Complexo III irá transferir elétrons para citocromo C (pequena proteína, que não estará dentro da membrana e sim, na superfície da membrana interna, voltada para o espaço intermembrana). Haverá bombeamento de 8 Hidrogênios. 5) Essa proteína, irá transferir elétrons para o complexo IV e neste, haverá redução de O2 a H2O. 4 elétrons irão reduzir 1 mol de O2, produzindo 2mol de água H2O. Haverá bombeamento de 4 Hidrogênios Fundamental para que haja a formação de água, ter oxigênio. Caso não, não haverá esse processo. 6) E, também haverá transferência de elétrons pelo FADH2, porém apenas como caminho alternativo. Os elétrons estarão colecionados dentro do complexo II (enzima succinato desidrogenase). Após, o FADH2 irá transferir elétrons para Coenzima Q -> Complexo III -> Citocromo C -> Complexo IV -> O2 O FAD irá gerar menos ATPs que o NAD, por conta da óxido-redução e por bombear menos prótons, por não passar pelo complexo I. Última etapa: Todo esse bombeamento de hidrogênio, fará a enzima ATP sintase "funcionar. Essa enzima é a última peça dessa reação e por conta de ter mais hidrogênios fora da membrana, haverá mais carga positiva fora, do que dentro da matriz mitocondrial e essa carga positiva, fará com que a volta de prótons seja favorável quimicamente e essa enzima, ATP sintase, permitirá a volta do próton, acoplada a síntese de ATP. Haverá mais prótons de hidrogênio fora da membrana, do que dentro da membrana. Consumo e saldo final da Fosforilação Oxidativa: Esse cálculo é variado, pois depende de cada autor. Saldo de H+: NADH: 10H+ FADH2: 6H+ ATP Sintase precisa de 4H+ para produzir 1 ATP. Logo, foram produzidos: 10H+: 2,5 ATP 6H+: 1,5 ATP SALDO FINAL DA RESPIRAÇÃO CELULAR: METABOLISMO DO GLICOGÊNIO: O que é, de fato, o glicogênio? O glicogênio é um polímero (macromoléculas com união de muitas unidades de moléculas pequenas) É constituído por moléculas de glicose, sendo a maioria dessas, unidas por ligação alfa-1,4 e com algumas ramificações, com ligações alfa-1,6. É o principal polissacarídeo de reserva de energia. Pode ser encontrado, principalmente, no fígado (regular níveis glicêmicos) e no músculo (reserva de energia, principalmente, em caso de atividade intensa). Como ocorre a síntese de glicogênio? A síntese de glicogênio, é chamada de glicogênese e acontece mediante ação da regulação da insulina. Assim que a glicose entrar na célula, haverá conversão para a molécula G6P e, esta, poderá seguir para a respiração celular. Mas, caso haja glicose em excesso, essa molécula poderá ser convertida em gordura (triacilglicerol) OU glicogênio. Caso seja direcionada para a síntese de glicogênio, a G6P será convertida em G1P e assim, ocorrerá a síntese do glicogênio. E como ocorre a degradação desse glicogênio? A degradação do glicogênio, glicogenólise, acontece mediante a ação da regulação do glucagon. O principal órgão que fará esse processo, será o fígado. O cérebro e as hemácias requerem suprimento contínuo de glicose e por conta disso, precisamos manter a concentração de glicose acima de 70mg/dL. Logo, em resumo, caso a glicose na corrente sanguínea esteja baixa, nosso organismo recorrerá ao glicogênio estocado, mas este glicogênio é finito, dura em torno de 8-24h. E para que haja a produção de glicose, após o nosso estoque de glicogênio acabar, nosso organismo precisará realizar uma outra reação, a gliconeogênese. Essa via ocorre principalmente no fígado, e pouco no rim e seria o processo de formação de glicose, a partir de precursores não glicídicos. E quais seriam estes? Principalmente, glicerol, lactato e alguns aminoácidos. Como visto acima, todos os precursores da gliconeogênese, são compostos intermediários da glicólise. Porém, essa reação não é apenas uma simples reversão da glicólise, pois temos 3 etapas na glicólise, que são irreversíveis. E para que aconteça a gliconeogênese, será necessário fazer alguns "desvios" para que haja, de fato, a produção da glicose. O 1º desvio a ser feito, seria o do final da glicólise. Na glicólise, há conversão de fosfoenolpiruvato em piruvato, através da enzima piruvato quinase, porém, é uma reação irreversível. Já, na gliconeogênese, para que seja possível converter piruvato em fosfoenolpiruvato, será necessário realizar 2 etapas: No 2º desvio será necessário realizar apenas 1 etapa, mais simples do que o 1º desvio. Na glicólise, há conversão de frutose-6-fosfato em frutose-1,6- bifosfato, porém como é uma reação irreversível, precisaremos converter frutose-1,6-bifosfato em frutose-6-fosfato, de outra maneira. No 3º desvio será necessário realizar apenas 1 etapa também. Na glicólise, há conversão de glicose em glicose-6-fosfato, porémcomo é uma reação irreversível também, será necessário converter glicose-6- fosfato de outra maneira Reações irreversíveis da Glicólise: As reações irreversíveis serão as etapas 1, 3 e 10. Nessas etapas haverão reações de fosforilação e muita energia envolvida nesse processo, em relação ao produto e o reagente. Caso o produto tenha mais energia que o reagente, a reação será irreversível. Para resumir: GLICÓLISE: transformação de glicose em piruvato (1ª etapa – RC) GLICONEOGÊNESE: transformação de piruvato ou outros compostos em glicose GLICOGÊNESE: síntese de glicogênio (reserva de energia) GLICOGENÓLISE: degradação de glicogênio (para quando não há glicose na corrente sanguínea) VIA DAS PENTOSES: O que é e onde ocorre? O ciclo das pentoses fosfato é uma rota ALTERNATIVA para a oxidação da glicose-6P. Ocorre no citosol das células, sem gerar ATP. Esta rota corresponde a um processo multicíclico, onde: 6 moléculas de glicose-6P entram no ciclo; 6 moléculas de CO2 são liberadas; 6 moléculas de pentose-5P são formadas; estas pentoses-5P se reorganizam, regenerando 5 moléculas de glicose- 6P. Qual é a função da Via das Pentoses? Produzir pentoses, açúcares com 5 carbonos. o Síntese de Ribose-5P: Importante para a síntese de DNA, RNA Mas também, pode metabolizar açúcares com 7, 5 e 4 carbonos Importante também para reduzir NADP+ à NADPH. o NADH tem como função: Doar elétrons para a biossíntese, sintetizar grandes moléculas Doar elétrons para defesa contra radicais livres Não confunda as funções de NADPH com NADH, pois são bem diferentes funcionalmente. NADH tem como função doar elétrons para que ocorra a fosforilação oxidativa, ou seja, função de gerar energia. Importante nessa via, é que, podemos oxidar completamente uma molécula de glicose, sem gerar molécula de ATP. Esse processo ocorrerá quando os níveis de ATP estiverem altos e assim, inibirá a via glicolítica e quando os níveis de NADPH estiverem baixos, ativando as vias das Pentoses. Uma maneira de providenciar elétrons, para realizar a biossíntese de grandes moléculas, quebrando 1 molécula de glicose. Qual é a equação geral dessa via? Quais são as fases dessa reação? A via das pentoses possui 2 fases: fase oxidativa e fase não-oxidativa. 1. De início, a fase oxidativa, iniciará com 1mol de Glicose-6-Fosfato. Essa molécula, sofrerá uma reação de oxi-redução, catalisada pela enzima Glicose-6-Fosfato Desidrogenase. Reduzirá 1mol de NADP+ à NADPH e virará 6-Fosfo-Glicono-Lactona 2. Haverá uma reação de hidrólise, e assim não será mais uma molécula cíclica e sim, linear, um ácido carboxílico, chamado de 6-Fosfo-Gliconato, catalisado pela enzima lactonase. 3. Haverá uma 2ª reação de oxi-redução, associada a uma descarboxilação. Reduzirá NADP em NADPH, liberando 1 molécula de CO2 e assim será transformado em uma molécula de 5 carbonos, D-Ribulose-5-Fosfato, catalisada pela enzima 6- fosfogliconatase-desidrogenase. Teoricamente, com a transformação a essa molécula, finalizamos a 1ª parte, a fase oxidativa da Via das Pentoses. 4. Mas, como a Ribulose não é muito utilizada biologicamente, é necessário que haja a transformação dessa cetose, para uma aldose, a D-Ribose-5-Fosfato, catalisada pela enzima Fosfopentose Isomerase. Mas, Ribulose também pode ser transformada através de Epimerases (enzimas que alteram a posição de OH) assim alterando a característica desse açúcar, e virando Xilulose-5-fosfato. Por possuir Epimerases e Isomerases, significa que poderá ser formado qualquer pentose, de qualquer característica. Fase oxidativa: Haverá várias Isomerases capazes de transformar cetoses, em aldoses e vice- versa, reações reversíveis. Como já conseguirá ser produzido qualquer pentose, faltará gerar açúcares de tamanhos de carbonos diferentes. E isso acontecerá por outro grupo de enzimas, da fase não-oxidativa e transferirá carbonos entre uma molécula e outra. A 1ª dessas enzimas, será a Transcetolase, que transferirá 2C de uma cetose para uma aldose. E assim, poderemos gerar moléculas de 3 e 7C, a partir de moléculas de 5C (xilulose e ribose) Importante sempre fazer o balanço de carbonos, quando houver essas transferências, para ver se está ok. A 2ª enzima, responsável por essas transferências, será a Transaldolase, que transferirá 3C de uma cetose, para uma aldose. Essas duas reações, tanto da enzima Transcetolase, como da Transaldolase, serão reações reversíveis. Conforme já visto na gliconeogênese: 1. Gliceraldeído-3-fosfato consegue formar Frutose-6-Fosfato 2. Frutose-6-Fosfato consegue formar Glicose-6-Fosfato 01 01 02 03 04 5 GLICOSES-6-FOSFATO Biossíntese Biossíntese DEFESA DE RADICAIS LIVRES 3. Glicose-6-Fosfato pode formar Ribose- 5-Fosfato, pela Via Oxidativa das Pentoses. Logo, podemos concluir que, a via das Pentoses, a Gliconeogênese e a Via Glicolítica estão ligadas, pois metabolizam o mesmo grupo de moléculas. Resumo da Via Oxidativa das Pentoses: 1mol Glicose-6-Fosfato + 2 NADP+ + H2O 1mol Ribose-5-Fosfato + CO2 + 2 NADPH + 2H+ Essa molécula de Ribose-5-Fosfato pode gerar as Pentoses indicadas acima. E caso nós multiplicássemos a fase oxidativa por 6, iniciaremos com: 6 Glicose-6-Fosfato + 12NADP+ + 6H2O 6 Ribose-5-Fosfato + 6 CO2 + 12NADPH + 12H+ Essas 6 moléculas de Ribose-5-Fosfato podem regenerar 5 moléculas de Glicose- 6-Fosfato E cortando as 5 mol de Glicoses-6-Fosfato com o início, as 6 mol de Glicose-6- Fosfato, nós podemos apenas oxidar a glicose, para que haja a seguinte função: 1 MOL DE GLICOSE + 12 NADP+ + 6 H20 6 CO2 + 12 NADPH + 12 H+ O que são Radicais Livres? São átomos ou moléculas que contém elétrons desemparelhados. Essas moléculas são produzidas normalmente em nosso metabolismo. Algumas delas, são produzidas na Cadeia de Transporte de Elétrons (Fosforilação Oxidativa). E essas moléculas podem ser altamente reativas e podem gerar outras espécies reativas (oxidantes). FERMENTAÇÃO LÁCTICA: O que é e onde ocorre? Como vimos anteriormente, a glicose irá seguir o caminho da respiração celular e seguirá para a glicólise, formando 2 piruvatos. Em condições aeróbicas: seguirá para o ciclo de Krebs. Em condições anaeróbicas: seguirá para a fermentação láctica. A fermentação láctica ocorre no músculo e nas hemácias (lactato é o grande produto de metabolismo da glicose – mesmo em condições aeróbicas) Quais seriam as situações de hipóxia – anaeróbicas (não há quantidades suficientes de O2)? Exercício físico intenso (mais comum) Anemia Áreas com baixas concentrações de O2 Obstrução no fluxo sanguíneo Sem O2, a cadeia respiratória não funciona, não existe doação de H+ para os complexos (fosforilação) e assim não existirá conversão de NADH em NAD+ e FADH2 em FAD. Porém, a glicólise continua funcionando, em casos anaeróbicos, pois na conversão de piruvato para lactato, haverá conversão de NADH à NAD+, fundamental para a glicólise. O lactato formado pelo músculo, pode ser reciclado. Será transportado pelo sangue e chegará ao fígado e lá, será convertido em glicose (ciclo de Cori: gliconeogênese). FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA: O que é e onde ocorre? Em condições anaeróbicas, a glicose poderá realizar o caminho da fermentação alcoólica e isso acontecerá em leveduras e outros microrganismos. Estes irão fermentar a glicose em Etanol e CO2. Esse processo acontecerá após a glicólise. Com a fermentação alcoólica, a glicólise poderá continuar acontecendo, fornecendo 2 ATPS. E isso acontecerá, pois o NAD+ será regenerado a partir de NADH + H+. PROTEÍNAS Os aminoácidos basicamente, podemseguir 4 rotas: Gliconeogênese Triglicerídeos (se em excesso) ATP Síntese proteica No caso das 3 primeiras, para que essas rotas metabólicas aconteçam, a proteína precisará perder o seu grupo amina, pois nenhuma dessas estruturas possuem Nitrogênio em sua composição. E como acontecerá essa etapa de perda do grupo amina? CICLO DA UREIA: E o que é o ciclo da ureia citado acima? Os grupos amina, quando não são empregados para síntese de novos aminoácidos ou de outros componentes nitrogenados, são destinados à formação de um único produto final, a ureia. A ureia é produzida a partir da amônia nas mitocôndrias dos hepatócitos (fígado), por meio do ciclo da ureia. A formação de ureia a partir da amônia gerada na desaminação, detoxifica o organismo. 1. A amônia presente na matriz mitocondrial hepática (vinda da desaminação) encontrará 1 CO2 (vindo da respiração mitocondrial) para formar o carbamoil fosfato. Essa reação depende de 2 ATPs e é catalisada pela enzima carbamoil fosfato sintetase I 2. No citosol das células hepáticas, acontecerá a 2ª etapa. A ornitina (aminoácido que não será utilizado na síntese proteica) entrará na matriz mitocondrial, e junto com o carbamoil fosfato, formará a citrulina (outro aminoácido que não será utilizado na síntese proteica). Essa reação é catalisada pela enzima ornitina- transcarbamoilase 3. O aspartato, vindo da desaminação, se ligará a citrulina, formando o arginino-succinato. Para essa reação, será necessário ter a quebra de 2 ATPs e será catalisada pela enzima arginino succinato sintetase e acontecerá no citosol das células. 4. O arginino-succinato será convertido em Arginina e, dessa ligação será liberado um fumarato. Reação catalisada por argininosuccinase 5. Essa Arginina será convertida em Ornitina e liberará uma Ureia, catalisada pela enzima arginase. Essa ureia poderá ser liberada pela urina e a Ornitina, poderá voltar a fazer o ciclo da Ureia novamente LIPÍDIOS LIPOGÊNESE E LIPÓLISE: Quando a síntese de ácidos graxos e triacilgliceróis estão ativas, a lipólise fica inativa e vice-versa. O que é a lipogênese? É a síntese de ácidos graxos (AG) e de triacilgliceróis (TAG) Essa reação acontece no estado alimentado e são estimuladas, principalmente, pela insulina. Quando houver muito ATP e Acetil-CoA, pois haverá muita energia livre e não precisará seguir para o Ciclo de Krebs. É uma via anabólica – onde ocorrerá o aglomerado de substratos menores, para gerar uma molécula maior. Como ocorre a lipogênese? Os AG são sintetizados sempre que existir um excesso calórico, principalmente no fígado e em menor grau, no tecido adiposo. A principal fonte de carbono para essa síntese é o carboidrato. MAS, o excesso de proteína também pode ir para essa rota metabólica. fonte de carbono: aminoácidos, que podem ser convertidos em: Acetil-CoA Intermediários do ciclo do ácido tricarboxílico (TCA – Ciclo de Krebs). No caso dos CHO, a glicose é convertida através da glicólise em piruvato, que entrará na mitocôndria, para formar acetil-CoA e oxaloacetato. Estes 2 compostos se condensam, formando citrato, nessa condensação, a molécula de CoA será perdida (pois a CoA não consegue ultrapassar a membrana interna da mitocôndria) Para o citrato sair de dentro da mitocôndria e ir para o citoplasma, precisará perder o oxaloacetato. o oxaloacetato será formado em malato e posterior, em piruvato e posterior, será convertido novamente em oxaloacetato. Nessa síntese de malato em piruvato, haverá produção de um NADPH e este, fornecerá elétrons na síntese de AG. O citrato “ganhará” novamente a molécula de CoA e formará então, uma molécula de Acetil-CoA citosólico e isso tudo ocorrerá, através da enzima citrato liase. Este composto é fonte de carbono, para as reações que ocorrem no complexo de ácidos graxos sintase. A principal enzima reguladora do processo, a Acetil-CoA carboxilase, produz malonil-CoA, a partir do Acetil- CoA citosólico, ATP e biotina (cofator). Quando há muito citrato no citoplasma, haverá a ativação da enzima Acetil-CoA carboxilase. Essa molécula (malonil-CoA) é importante para que haja a síntese de Ácido Graxo (16C) a partir de Acetil-CoA (2C). Além de malonil, também haverá participação de NADPH. A síntese de AG sempre será iniciada a partir de 1 molécula de Acetil. A partir do momento que há uma molécula de Acetil-CoA + Malonil-CoA, haverá a transformação de uma molécula de 4C, a ACP. Nessa transformação haverá a perda de 1CO2 e 1CoA, do Malonil e perda de 1CoA, do Acetil. A cadeia crescente de AG, ligada ao complexo sintase de AG no citosol, será alongada pela adição sequencial de unidades de 2C, sempre fornecidas pelo malonil-CoA. O NADPH2 produzido pela via da pentose fosfato e pela enzima málica, fornece os equivalentes redutores. Haverá uma série de transformações, retirada de Hidrogênio e duplas ligações, para que ocorra a síntese de AG (16C), o Ácido Palmítico, AG Saturado. Quando a cadeia de AG alcança 16C de comprimento, ela será liberada como palmitato que será ativado a um derivado de CoA (palmitoil-CoA). A partir deste ponto, o palmitoil-CoA pode ser alongado e dessaturado para sintetizar outros ácidos graxos. Qual foi o investimento para produzir 1 molécula de AG 16C? 8 Acetil CoA (1 Acetil-CoA + 7 Malonil-CoA) Para formar Malonil-CoA, necessita de 1mol de Acetil-CoA, por isso contabilizamos como investimento, 8mol de Acetil-CoA. 7 ATP (cada Malonil necessita do gasto de 1ATP) 14 NADPH 8 NADPH -> reação do malato- piruvato 6 NADPH -> via pentose-fosfato Para sintetizar outros AG, haverá uma série de reações. As séries de reações de alongamento se assemelham às da síntese de AG, sendo que a principal reação de alongamento envolve a conversão de palmitoil-CoA (C16) em estearil-CoA (C18). Também são produzidos AG de cadeia muito longa (C22 a C24), principalmente no cérebro. A dessaturação dos AG ocorre no retículo endoplasmático, resultando na oxidação do AG e de NADH. As reações de dessaturação mais comuns envolvem a adição de uma ligação dupla entre os carbonos 9 e 10 na conversão do: ácido palmítico em ácido palmitoléico (16:1, Δ9) conversão do ácido esteárico em ácido oléico (18:1, D9). O ácido linoléico pode ser convertido por reações de alongamento e dessaturação em ácido araquidônico (20:4, Δ5,8,11,14). O ácido a-linolênico em ácido eicosapentaenoico (EPA; 20:5, Δ5,8,11,14,17). O EPA em ácido docosahexaenóico (DHA; 22:6, Δ4,7,10,13,16). Esses dois últimos são encontrados em óleo de peixe e peixes que obtêm esses AG se alimentado de fitoplâncton (plantas que flutuam na água). Os AG produzidos nas células ou obtidos a partir da dieta, são utilizados por vários tecidos para a síntese de TAG (principal forma de armazenamento de combustível), glicerofosfolípides e esfingolipídios (principais componentes das membranas celulares). No fígado, os TAG são produzidos a partir de um ácido graxo-CoA e glicerol-3- fosfato e armazenados temporariamente no citosol dos hepatócitos. Depois, são condensados com apoproteínas e outros lipídios na lipoproteína de densidade muito baixa (VLDL) e secretados para a circulação sistêmica. Nos capilares de vários tecidos (particularmente tecido adiposo, músculo esquelético e glândula mamária em lactação), a enzima lipase lipoproteica (LPL) digere os TAG do VLDL, formando AG livres e glicerol. O glicerol viaja para o fígado, onde é utilizado para a síntese de TAG. Muito pouco dos AG livres são oxidados pelos músculos e outros tecidos, mas o principal destino metabólico dos AG tanto dos quilomícrons quanto do VLDL é a sua conversão em TAG nas células adiposas, onde são armazenadosapós uma refeição mista. O que é a lipólise? É a degradação/quebra dos TAG do tecido adiposo. Acontece em jejum e estimulado, principalmente, pelo glucagon. Essa é a reação inicial a β-oxidação. Após o início do período de jejum entre as refeições (aproximadamente 2h após uma refeição mista), e principalmente durante o jejum noturno, esses AG são liberados dos TAG do tecido adiposo. A lipólise é estimulada pela baixa razão entre insulina/glucagon, fazendo com que os níveis de adenosina monofosfato cíclico (cAMP) aumentem nas células adiposas, estimulando a proteína cinase A, que adicionará um fosfato na lipase hormônio sensível, produzindo uma forma mais ativa da enzima. A lipase hormônio sensível fosforilada, quebra um AG de um TAG, e posterior, outras lipases completam o processo de lipólise, liberando os AG e o glicerol para a circulação sistêmica. Glicerol: será convertido em Diidroxiacetona fosfato e poderá seguir o caminho de gliconeogênese OU irá para a glicólise. AG: serão ligados a albumina e servirão como substrato energético, pelas células que tem mitocôndria, através da β- oxidação, principalmente nos miócitos esqueléticos e cardíacos e os hepatócitos. A glicose é liberada para a circulação sistêmica, servindo como substrato energético, principalmente, pelas células que tem pouca ou nenhuma mitocôndria e também, pelas células neuronais. BETA-OXIDAÇÃO: É o mecanismo pelo qual, nossas células, conseguem utilizar gordura para gerar ATP. Os AG oxidados como substratos energéticos são, principalmente: AG de cadeia longa, liberados dos TAG do tecido adiposo entre as refeições, durante o jejum noturno e períodos de aumento da demanda de combustível (por exemplo, durante o exercício). Os AG podem entrar nas células (miócitos esquelético e cardíaco e hepatócitos) por 2 processos: transporte saturável e por difusão através da membrana plasmática. 1ª fase da β-oxidação: A 1ª fase então, será a ativação dos ácidos graxos e eles precisam ser ativados a derivados de Acetil-CoA, antes que possam participar da β-oxidação ou de outras vias metabólicas, como a síntese de corpos cetônicos. O processo de ativação envolve uma enzima Acil-CoA sintetase (tioquinase), que utiliza energia de 2ATP para formar a ligação tioéster, formando Acil-CoA. A β-oxidação ocorre dentro da Mitocôndria, PORÉM, a CoA não consegue passar pela membrana interna da mitocôndria. Para conseguir ultrapassar a membrana interna, precisará da ajuda de uma molécula de carnitina. Antes da ligação, haverá a perda da CoA e com a ação da enzima carnitina palmitoil transferase I (CPTI), a carnitina se ligará ao AG, formando a molécula Acil-Carnitina. Assim, a molécula conseguirá atravessar a membrana, com ajuda de uma proteína de membrana. Assim que houver a passagem para dentro da mitocôndria, haverá a saída da carnitina (voltará para o lado de fora, para trazer outro AG) e a ligação novamente, de 1CoA com o AG e formará o Acil-CoA mitocondrial. O AG-CoA de cadeia longa, agora localizado na matriz mitocondrial, é um substrato para β-oxidação. 2ª fase da β-oxidação: A cada volta dessa via, o AG-CoA perderá 2C, saindo na forma de Acetil-CoA. Nessa reação, 2H do AG-CoA serão deslocados para o FAD, que será transformado em FADH2. Haverá a entrada de uma molécula de H2O no AG. Haverá a perda de 2H, que serão deslocados para o NAD, transformando- o em NADH+H+. Logo, a cada perda de 2C, haverá produção de: FADH2, NADH+H+ e Acetil- CoA. Todos os Acetil-CoA produzidos na β- oxidação, irão para o Ciclo de Krebs. Cada volta do ciclo de Krebs, produz 3NADH e 1FADH2 e estes serão direcionados para a cadeia respiratória.
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