Metabolismo dos Carboidratos

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METABOLISMO DOS CARBOIDRATOS
> tanto polissacarídeos quanto dissacarídeos
são hidrolisados nos monossacarídeos glicose
(cerca de 80%), frutose e galactose durante a
digestão dos carboidratos.
> uma parte da frutose é convertida em
glicose conforme ela é absorvida pelas células
epiteliais
> os hepatócitos (células do fígado) converte a
maior parte da frutose restante e
praticamente toda a galactose em glicose
> o metabolismo dos carboidratos na verdade
é o metabolismo da glicose
- Destino da GLICOSE:
> é a fonte preferida do corpo para a síntese
de ATP, seu uso depende das necessidades das
células do corpo, que incluem:
PRODUÇÃO
DE
ATP
Nas células do corpo
que necessitam de
energia imediata, a
glicose é oxidada
para a produção de
ATP. A glicose que
não é necessária
para a produção
imediata de ATP
pode entrar em
várias outras vias
metabólicas
SÍNTESE DE
AMINOÁCIDOS
As células do corpo
podem utilizar a
glicose para a
formação de vários
aminoácidos que,
então, podem ser
incorporados em
proteínas
SÍNTESE DE
GLICOGÊNIO
Os hepatócitos e as
fibras musculares
podem realizar
glicogênese, em que
centenas de
monômeros de
glicose são
combinados para a
formação do
polissacarídeo
glicogênio. A
capacidade total de
armazenamento de
glicogênio é de
cerca de 125 g no
fígado e 375 g nos
músculos
esqueléticos
SÍNTESE DE
TRIGLICERÍDEOS
Quando as áreas de
armazenamento de
glicogênio são
preenchidas, os
hepatócitos podem
transformar a
glicose em glicerol e
ácidos graxos, que
podem ser utilizados
para a lipogênese, a
síntese de
triglicerídeos. Os
triglicerídeos são
então depositados no
tecido adiposo, que
possui capacidade
de armazenamento
virtualmente
ilimitada.
- Movimento da GLICOSE para as células:
> antes que a glicose possa ser utilizada pelas
células do corpo, ela deve primeiramente
passar através da membrana plasmática e
entrar no citosol.
> a absorção de glicose no sistema digestório
é realizada por transporte ativo secundário
> a entrada da glicose na maior parte das
outras células do corpo ocorre por molécula
GluT (uma família de transportadores que
permitem a entrada da glicose nas células por
difusão facilitada)
> Um alto nível de insulina aumenta a inserção
de um tipo de GluT, chamado de GluT4, nas
membranas plasmáticas da maior parte das
células do corpo, aumentando assim a taxa de
difusão facilitada da glicose para dentro das
células.
> em neurônios e em hepatócitos está
presente outro tipo de GluT na membrana
plasmática, de modo que a entrada da glicose
está sempre “ligada”. Ao entrar na célula, a
glicose se torna fosforilada. Como o GluT não
consegue transportar a glicose fosforilada,
essa reação “prende” a glicose dentro da
célula.
- Catabolismo da GLICOSE:
> A oxidação da glicose para a produção de
ATP também é conhecida como respiração
celular e envolve quatro tipos de reações:
GLICÓLISE
Um conjunto de
reações em que uma
molécula de glicose
é oxidada e são
produzidas duas
moléculas de ácido
pirúvico. As reações
também produzem
duas moléculas de
ATP e duas
moléculas contendo
energia NADH + H+
FORMAÇÃO DE
ACETILCOENZIMA A
É a fase de transição
que prepara o ácido
pirúvico para a
entrada no ciclo de
Krebs. Essa fase
também produz a
molécula contendo
energia NADH + H+
e dióxido de
carbono (CO2).
REAÇÕES DO
CICLO DE KREBS
Essas reações
oxidam a
acetilcoenzima A e
produzem CO2, ATP,
NADH + H+ e
FADH2.
REAÇÕES DA
CADEIA
TRANSPORTADORA
DE ELÉTRONS
Essas reações oxidam
NADH + H+ e FADH2 e
transferem seus elétrons
através de uma série de
carreadores de elétrons.
Qual dos quatro processos mostrados aqui produz mais
ATP? Como a glicólise não requer oxigênio, ela pode
ocorrer tanto em condições aeróbicas (com oxigênio)
quanto anaeróbicas (sem oxigênio). Ao contrário, as
reações do ciclo de Krebs e da cadeia transportadora de
elétrons requerem oxigênio e são chamadas
coletivamente de respiração aeróbica. Desse modo,
quando o oxigênio está presente todas as quatro fases
ocorrem: a glicólise, a formação da acetilcoenzima A, o
ciclo de Krebs e a cadeia transportadora de elétrons.
Entretanto, se o oxigênio não estiver disponível ou se a
sua concentração for baixa, o ácido pirúvico é convertido
em um substrato chamado ácido láctico e os passos
seguintes da respiração celular não ocorrem. Quando a
glicólise ocorre em condições anaeróbicas, ela é
chamada de glicólise anaeróbica.
- GLICÓLISE: Durante a glicólise, reações
químicas quebram uma molécula de glicose
com seis carbonos em duas moléculas de
ácido pirúvico com três carbonos cada.
Embora a glicólise consuma duas moléculas
de ATP, ela produz quatro moléculas de ATP,
havendo um ganho efetivo de 2s moléculas de
ATP para cada molécula de glicose oxidada.
> A fosfofrutoquinase, a enzima que catalisa a
etapa 3, é o principal regulador da taxa de
glicólise.
> A atividade desta enzima é alta quando a
concentração de ADP é alta e nesse caso o ATP
é produzido rapidamente.
> Quando a atividade da fosfofrutoquinase é
baixa, a maior parte da glicose não entra nas
reações da glicólise e sofre conversão em
glicogênio para armazenamento.
> Na segunda metade da sequência (reações 6
a 10), as 2 moléculas de gliceraldeído
3-fosfato são convertidas em 2 moléculas de
ácido pirúvico e o ATP é gerado.
- Destino do ácido pirúvico:
> o destino do ácido pirúvico produzido
durante a glicólise depende da
disponibilidade de oxigênio.
>por exemplo, se o oxigênio for escasso
(condições anaeróbicas) nas fibras
musculares durante um exercício
extenuante, o ácido pirúvico é, então,
reduzido por uma via anaeróbica pela
adição de dois átomos de hidrogênio,
formando ácido láctico (lactato).
> essa reação regenera o NAD+ que foi usado
na oxidação do gliceraldeído 3-fosfato, e desse
modo a glicólise pode continuar.
> Conforme o ácido láctico é produzido, ele
rapidamente se difunde para fora da célula e
entra no sangue
> os hepatócitos removem o ácido lático do
sangue e o convertem novamente a ácido
pirúvico
> a formação do ácido láctico é um fator que
contribui para a fadiga muscular
Para cada molécula de glicose que passa pela glicólise,
quantas moléculas de ATP são geradas? Quando o
oxigênio é abundante (condições aeróbicas), a maior
parte das células converte o ácido pirúvico em
acetilcoenzima A. Essa molécula conecta a glicólise, que
ocorre no citosol, com o ciclo de Krebs, que ocorre na
matriz mitocondrial. O ácido pirúvico entra na matriz
mitocondrial com a ajuda de uma proteína
transportadora especial. Como não possuem
mitocôndrias, as hemácias só conseguem produzir ATP
por intermédio da glicólise.
- Formação da acetilcoenzima A:
> Cada etapa na oxidação da glicose requer
uma enzima diferente e, frequentemente,
também requer uma coenzima.
> A coenzima utilizada nesse ponto da
respiração celular é a coenzima A (CoA), que é
derivada do ácido pantotênico, uma vitamina
B
> Durante a etapa de transição entre a
glicólise e o ciclo de Krebs, o ácido pirúvico é
preparado para entrar no ciclo
> enzima piruvato desidrogenase, que está
localizada exclusivamente na matriz
mitocondrial, converte o ácido pirúvico em
um fragmento de dois carbonos chamado de
grupo acetil, removendo uma molécula de
dióxido de carbono
> A perda de uma molécula de CO2 é
chamada de descarboxilação
> Essa é a primeira reação da respiração
celular que libera CO2. Durante essa reação, o
ácido pirúvico também é oxidado. Cada ácido
pirúvico perde dois átomos de hidrogênio na
forma de um íon hidreto (H–) e um íon
hidrogênio (H+)
> A coenzima NAD+ é reduzida conforme ela
capta o H– do ácido pirúvico; o H+ é liberado
na matriz mitocondrial
> a oxidação de uma molécula de glicose produz duas
moléculas de ácido pirúvico, de modo que para cada
molécula de glicose são perdidas duas moléculas de
dióxido de carbono e são produzidos dois NADH + H+. O
grupo acetil se liga à coenzima A, produzindo uma
molécula chamada de acetilcoenzima A (acetil-CoA).
- Ciclo de Krebs:
>uma vez que o ácido pirúvico tenha
sofrido descarboxilação e o grupo acetil
restante esteja ligado á CoA, o composto
resultante (Acetil-CoA) está pronto para
entrar no ciclo de Krebs.
> As reações ocorrem na matriz mitocondrial e
consistem em uma série de reações de
oxidação-redução e em reações de
descarboxilação que liberam CO2
> No ciclo de Krebs, as reações de oxirredução
transferem energia química, na forma de
elétrons, para duas coenzimas – NAD+ e FAD
> Os derivados do ácido pirúvico são oxidados
e as coenzimas são reduzidas. Além disso,
uma das etapas gera ATP
Por que a enzima que catalisa a etapa é chamada de
quinase? Cada vez que uma molécula de acetil-CoA
entra no ciclo de Krebs, o ciclo passa por uma “volta”
completa, começando com a produção de ácido cítrico e
terminando com a produção de ácido oxalacético. Para
cada volta do ciclo de Krebs são produzidos três NADH,
três H+ e um FADH2 por reações de oxirredução e é
gerada uma molécula de ATP por fosforilação no nível do
substrato. Como cada molécula de glicose fornece duas
moléculas de acetil-CoA, ocorrem duas voltas no ciclo de
Krebs para cada molécula de glicose catabolizada. Isso
resulta na produção de seis moléculas de NADH, seis H+
e duas moléculas de FADH2 por reações de oxirredução
e duas moléculas de ATP por fosforilação no nível de
substrato. A formação de NADH e de FADH2 é o
resultado mais importante do ciclo de Krebs porque
essas coenzimas reduzidas contêm a energia
armazenada originalmente na glicose e, então, no ácido
pirúvico. Mais tarde, elas gerarão muitas moléculas de
ATP a partir da cadeia transportadora de elétrons. A
liberação do CO2 ocorre conforme o ácido pirúvico é
convertido em acetil-CoA e durante as duas reações de
descarboxilação do ciclo de Krebs. Como cada molécula
de glicose gera duas moléculas de ácido pirúvico, são
liberadas seis moléculas de CO2 para cada molécula de
glicose original catabolizada por essa via. As moléculas
do CO2 se difundem para fora da mitocôndria,
atravessam o citosol e a membrana plasmática e, então,
entram na corrente sanguínea. O sangue transporta o
CO2 até os pulmões, onde ele é eventualmente exalado.
- Cadeia transportadora de
elétrons(cadeia respiratória):
> é uma série de carreadores de elétrons, que
são proteínas integrais de membrana na
membrana mitocondrial interna
> Essa membrana é dobrada em cristas que
aumentam sua área superficial, acomodando
milhares de cópias da cadeia transportadora
em cada mitocôndria
> Cada carreador na cadeia é reduzido
conforme ele recebe elétrons e é oxidado
conforme ele doa elétrons.
> Conforme os elétrons passam pela cadeia,
uma série de reações exergônicas liberam
pequenas quantidades de energia; essa
energia é utilizada para a formação de ATP.
> quimiosmose: a geração de ATP une reações
qúimicas com o bombardeamento de íons
hidrogênio
RESUMO DA PRODUÇÃO DE ATP NA
RESPIRAÇÃO CELULAR
FONTE:
ATP GERADO POR
MOLÉCULA DE
GLICOSE
(PROCESSO)
GLICÓLISE
Oxidação de uma
molécula de glicose
em duas moléculas
de ácido pirúvico
2 ATP (fosforilação ao
nível do substrato).
Produção de 2 NADH
+ H+
3 ou 5 ATP
(fosforilação
oxidativa).
FORMAÇÃO DE
DUAS MOLÉCULAS
DE ACETIL
COENZIMA A
2 NADH + 2 H+ 5 ATP (fosforilação
oxidativa).
CICLO DE KREBS
E CADEIA
TRANSPORTADOR
A DE ELÉTRONS
Oxidação de
succinil CoA em
ácido succínico
2 GTP são
convertidos em 2
ATP (fosforilação ao
nível do substrato).
Produção de 6
NADH + 6 H+
15 ATP (fosforilação
oxidativa).
Produção de 2
FADH2
3 ATP (fosforilação
oxidativa).
Total 30 ou 32 ATP por
molécula de glicose.
- Anabolismo da GLICOSE:
Armazenamento de glicose/ GLICOGÊNESE:
> processo de síntese de glicogênio no fígado
e músculos, no qual moléculas de glicose são
adicionada à cadeia do glicogênio
> esse processo é ativado pela insulina em
resposta aos altos níveis de glicose sanguínea
> Durante a glicogênese, a glicose é primeiro
fosforilada em glicose 6-fosfato pela
hexoquinase. A glicose 6-fosfato é convertida
em glicose 1-fosfato e, então, em glicose
uridina difosfato e, finalmente, em glicogênio.
Liberação de glicose/GLICOGENÓLISE:
> é a degradação de glicogênio realizada
através da retirada sucessiva de moléculas de
glicose
> quando as atividades corporais requerem
ATP, o glicogênio armazenado nos hepatócitos
é convertido em glicose e liberado para a
corrente sanguínea para ser transportada para
as células, onde ela será catabolizada pelos
processos de respiração celular
> Nas células musculares esqueléticas, o
glicogênio é clivado em glicose 1-fosfato que é
então catabolizado para a produção de ATP
pela glicólise e pelo ciclo de Krebs. Entretanto,
o ácido láctico produzido pela glicólise nas
células musculares pode ser convertido em
glicose pelo fígado. Assim, o glicogênio
muscular pode ser uma fonte indireta de
glicose sanguínea.
- Formação de glicose a partir de proteínas e
gorduras/ GLICONEOGÊNESE:
> O glicerol dos triglicerídeos, o ácido láctico e
alguns aminoácidos podem ser convertidos
em glicose no fígado. O processo pelo qual a
glicose é formada a partir dessas fontes que
não são carboidratos
> a glicose não é formada a partir do
glicogênio, ela é recém-formada.
A gliconeogênese é estimulada pelo cortisol, o
principal hormônio glicocorticoide do córtex da
glândula suprarrenal, e pelo glucagon formado
pelo pâncreas. Além disso, o cortisol estimula a
quebra de proteínas em aminoácidos, aumentando
a disponibilidade deles para a gliconeogênese. Os
hormônios tireoidianos (tiroxina e tri-iodotironina)
também mobilizam proteínas e podem mobilizar
triglicerídios do tecido adiposo, tornando o glicerol
disponível para a gliconeogênese.