Introdução ao Metabolismo

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Metabolismo 
− Refere-se a todas as transformações químicas que estão 
acontecendo em um organismo; 
− Dentro dele encontramos metabolismo de 
carboidratos, proteínas e lipídeos; 
− Todas essas reações químicas só acontecem de acordo 
com o funcionamento das enzimas; 
− É uma atividade celular altamente coordenada, no qual 
diversas vias metabólicas atuam em conjunto tendo 
como objetivo, um dos principais, ter energia química. 
Então ocorre a ingestão de alimentos, os nutrientes são 
degradados e a degradação faz a liberação de energia. 
Essa energia é utilizada pelos organismos vivos para 
realizar trabalho biológico (contração muscular, 
neurotransmissão); 
− Tem funções mais especializadas como converter as 
moléculas dos nutrientes em moléculas próprias de 
cada célula e sintetizar e degradar moléculas 
necessárias a funções celulares específicas. Por 
exemplo, o organismo é capaz de sintetizar proteínas, 
glicose, ácidos graxos, e uma série de outras moléculas 
essenciais para funções fisiológicas. Todas essas 
reações químicas, seja com objetivo de obter energia 
química ou sintetizar moléculas com características 
próprias para cada célula ou degradar moléculas que os 
seus metabólitos possam ter funções celulares 
específicas é o grande objetivo de todo esse 
metabolismo; 
− O metabolismo é dividido em vias metabólicas. Que se 
refere ao conjunto de reações específicas, todas elas 
catalisadas por uma enzima diferente, que atuam em 
conjunto para trabalhar em determinada molécula 
específica. A glicose é degradada por 10 reações 
sequenciais, todas elas catalisadas por uma enzima 
diferente, onde o produto da primeira reação 
enzimática acaba se tornando substrato da segunda 
reação e assim sucessivamente; 
 
 
 
 
 
 
CICLO DE KREBS 
− É uma via metabólica cíclica; 
− Começa com oxaloacetato e termina com esse 
composto após várias reações; 
− É uma via responsável pela degradação de moléculas de 
acetil-CoA, sendo então um conjunto de reações 
catalisadas por enzimas diferentes; 
− Trabalha com molécula, conjunto de reações e enzimas 
específicas nessas reações. 
 
 
Imagem mostra a junção de várias vias metabólicas. Em 
laranja escuro, metabolismo de glicogênio. Em verde claro, 
metabolismo de glicose. Em amarelo, via das pentoses 
fosfato. Em azul claro, via dos aminoácidos. Em verde escuro, 
o ciclo de Krebs. E, em laranja claro, e em dois tons de 
pêssego, as vias metabólicas de lipídios. 
Então, nessa imagem, as cores diferentes se referem a cada 
uma das vias metabólicas. E essas vias, são caracterizadas por 
trabalharem com uma molécula específica e com um 
conjunto de enzimas específicas. Entretanto, uma via 
metabólica não acontece isoladamente dentro de um 
organismo, ou seja, essas vias interagem entre si. Vários 
compostos acabam influenciando determinadas enzimas em 
outras vias metabólicas, e é assim que o metabolismo 
trabalha e é regulado. O metabolismo são todas as 
transformações químicas que acontecem dentro de uma 
Introdução ao Metabolismo 
célula. Mas essas transformações químicas têm a ver com as 
vias metabólicas, e essas vias não ocorrem sozinhas, 
interagem entre si e, às vezes, o produto de uma via pode 
acabar interferindo com a existência ou não de uma outra via 
metabólica e um determinado momento (por ex. do estado 
alimentado ou de jejum). 
Então, onde que acontece tudo isso, e quando a gente fala 
das vias, para onde devemos direcionar nossa atenção? 
As vias acontecem no interior das células. As células 
constituem os organismos, e são compostas por uma 
membrana plasmática, compostas por citoplasma e pelo 
núcleo. 
No citoplasma há vários tipos de organelas, e uma delas é a 
mitocôndria. Que é muito importante para o metabolismo, 
especialmente para o metabolismo energético. 
Metabolismo energético = parte do metabolismo cujas 
transformações químicas têm objetivo de fornecer energia 
para o organismo. 
Essa parte do metabolismo energético acontece dentro das 
mitocôndrias. 
 
Mitocôndrias 
 
− São organelas formadas por uma membrana externa, 
membrana interna (cheia de dobras), e no interior e na 
membrana interna é onde temos as vias metabólicas 
que mais levam a produção de energia; 
− É a organela mais importante envolvida na questão 
metabólica, porque é nela que existem os maiores 
processos metabólicos visando a produção de energia; 
 
 
 
Fígado 
 
− Órgão que mais contribui na questão metabólica; 
− Desempenha papel central no metabolismo porque 
fornece/processa/distribui nutrientes para todos os 
outros órgãos; 
− Várias vias metabólicas acontecem somente nesse 
órgão. Por ex. síntese de glicose, síntese de ácidos 
graxos; 
− Tecido adiposo = lugar onde armazena triacilgliceróis, 
moléculas de armazenamento de energia; 
− Hemácias = tem uma dependência muito grande de 
glicose como fonte de energia. Essas células não 
possuem mitocôndrias, todo o processo de produção 
de energia é muito dependente da glicose; 
− Sistema Nervoso = é um tecido que, assim como o 
eritrócito, é muito dependente da glicose como fonte 
de energia; 
− Tecido Muscular = tem os estoques de glicogênio, que 
é um polissacarídeo de armazenamento de energia 
formado por moléculas de glicose, e um dos locais de 
armazenamento é o músculo. Também desempenha 
papel importante no período de jejum, perda de 
proteína muscular. 
 
 
Todo esse metabolismo é regulado por dois hormônios: 
insulina e glucagon. Os dois sintetizados pelo pâncreas. 
Quando se tem a entrada de alimentos e os níveis de glicose 
entram na célula, os níveis elevados de glicose estimulam a 
célula beta a liberar insulina. 
INSULINA = hormônio que aparece no estado pós-
alimentar, e tem função de fazer a captação da glicose do 
sangue para dentro da célula. 
Por isso o diabetes é uma doença muito relacionada a 
insulina. Se não há insulina ou defeito nos mecanismos de 
ação delas, os níveis de glicose ficam aumentados na 
circulação, causando hiperglicemia. 
GLUCAGON = aparece no estado de jejum. 
Sempre que os níveis de glicose estão baixos na circulação, 
o pâncreas passa a sintetizar glucagon. O glucagon é 
responsável por liberar glicose no sangue, como o fígado é o 
principal órgão responsável pela manutenção de 
glicemia/glicose, por isso a imagem mostra o efeito direto do 
glucagon sobre esse órgão. 
Esses dois hormônios são sintetizados em momentos 
diferentes e possuem funções diferentes. Insulina é 
sintetizada em estado alimentado, e o glucagon em estado 
de jejum. 
A insulina favorece processos de síntese, de glicogênio, 
proteínas, ácidos graxos e triacilgliceróis. O glucagon tem 
papel de degradação, de ácidos graxos, proteínas, 
glicogênio. Tem efeitos contrários e são sintetizados em 
momentos metabólicos diferentes, tudo isso para se manter 
o equilíbrio do organismo (homeostase). 
 
Divisão do metabolismo 
CATABOLISMO = as vias metabólicas que fazem parte são 
as que liberam energia. Moléculas mais complexas são 
convertidas em produtos mais simples, e liberam energia. É 
a mesma coisa que degradação de moléculas. 
ANABOLISMO = as vias metabólicas que fazem parte são as 
que gastam energia. É a síntese de moléculas precursoras 
simples/pequenas há a formação de moléculas mais 
complexas. Durante esse processo, essas vias metabólicas 
que fazem a síntese de moléculas, são descaracterizadas pelo 
gasto de energia, requerem fornecimento de energia. 
 
ATP = é o nucleotídeo, formado nas reações catabólicas. 
Utilizado nas reações anabólicas. 
COENZIMAS = auxiliam na produção de ATP. 
 
 
 
Bioenergética 
Dentro da bioquímica existe um ramo denominado 
bioenergética, que se dedica ao estudo quantitativo das 
transformações de energia que ocorrem dentro das células; 
As reações, de catabolismo e anabolismo, são observadas 
com relação a três parâmetros termodinâmicos: 
− ENTALPIA (H): é o conteúdo decalor do sistema 
reagente. Reflete o número e o tipo de reações 
químicas dos reagentes e produtos; 
 Exotérmica: reação libera calor, H-; 
 Endotérmica: ganha calor, H+. 
− ENTROPIA (S): expressão quantitativa da desordem 
de um sistema. Ou seja, quando os produtos de uma 
reação são menos complexos e mais desordenados que 
os reagentes, da reação ocorre um ganho de entropia. 
É um parâmetro que é considerado em relação aos 
produtos de uma reação serem mais ou menos 
complexos do que os seus reagentes; 
− ENERGIA LIVRE DE GIBS (G): expressa quantidade 
de energia capaz de realizar trabalho e prevê a direção 
no qual uma reação ocorre espontaneamente. É 
calculada nos sistemas biológicos a partir da seguinte 
fórmula: 
∆𝐺 = ∆𝐻 − 𝑇∆𝑆 
Lê-se: variação da energia livre, é a variação de entalpia 
(calor), temperatura constante e a variação de entropia. 
 Exergônica: quando a reação libera energia, o G-. 
Acontece espontaneamente, o reagente dá origem ao 
seu produto. Um produto mais complexo dá origem 
a um mais simples; 
 Endoergônica: quando a reação ganha energia, o 
G+. Necessita de energia para ocorrer. 
 
Se observar cada uma das reações, dá para ver que embaixo 
da reação tem um G, que em muitas reações aparece com 
sinal. O G dá o sentido que as reações acontecem e a 
quantidade de trabalho que será realizado. 
G- = reações que fazem parte das rotas relacionadas ao 
catabolismo. 
G+ = reações necessitando de energia. 
Essa energia livre prediz se a reação faz parte do anabolismo 
ou do catabolismo. 
 
Compostos envolvidos no metabolismo energético 
 
TRIFOSFATO DE ADENOSINA: 
 
− Energia é contabilizada na forma de ATP; 
− É um nucleotídeo; 
− Composto por base, por um açúcar e três grupamentos 
fosfato; 
− A estrutura só com a base e com o açúcar é denominada 
adenosina; 
 
 
− Quando há degradação de moléculas como 
carboidratos, lipídeos e proteínas, durante as vias 
metabólicas degradativas acontecem algumas reações 
que são catalisadas por enzimas chamadas 
desidrogenases; 
− Desidrogenases: enzima que retira elétrons dos seus 
substratos. Por isso, usamos o termo oxidações 
biológicas. Usamos esse termo porque quando os 
substratos perdem elétrons se oxidam; 
− Para que essas enzimas desempenhem essa função, 
necessitam ter associadas a ela uma estrutura orgânica 
chamada coenzima; 
− Coenzima: NADH e FADH2. Tem o papel de coletar 
elétrons das mais variadas reações que ocorrem no 
metabolismo. Esses elétrons são finalmente 
encaminhados para uma estrutura chamada de cadeia 
transportadora de elétrons. E na cadeia, esses elétrons 
ao passarem por essa estrutura são responsáveis pela 
geração de ATP dentro da célula; 
− O ATP é a principal molécula energética produzida 
durante os processos degradativos (vias catabólicas ou 
degradativas); 
− No esquema, o ATP é o último produto formado nesse 
processo. Dizemos que vias catabólicas ou degradativas 
liberam energia porque produzem ATP no final; 
− O ATP vai ser muito comentado na disciplina porque é 
produzido nas vias catabólicas e é utilizado nas vias 
anabólicas ou de síntese. 
 
Como o ATP é utilizado? 
 
Sempre relacionada com a retirada de um grupo fosfato aos 
processos que requerem energia. Então, se temos uma 
reação que precisa de energia, o ATP vai doar um dos grupos 
fosfato, se transformando no ADP (difosfato de adenosina). 
Quando o ATP perde dois grupamentos fosfato ele se 
transforma em AMP (monofosfato de adenosina). 
E se perde todos os grupamentos fosfato, ficando apenas a 
base e o açúcar, essa estrutura se chama de adenosina. 
Então, quando o ATP é utilizado para processos que 
requerem energia, começam a aumentar a concentração 
desses produtos dentro da célula. 
 
 
Aqui temos um exemplo de transformação de glutamato 
para glutamina. Reação que necessita de energia, faz parte 
do anabolismo. Nesse tipo de reação, quem é o doador é o 
ATP. 
O ATP transfere um de seus grupos fosfato para o composto, 
por isso se transforma em ADP. Ele aumenta o conteúdo de 
energia do composto fazendo com que fique mais fácil para 
que se transforme na glutamina. 
 
COENZIMAS REDUZIDAS: 
 
Ao longo do metabolismo encontramos muitas reações de 
transferência de elétrons. Então, reações de oxidação-
redução. 
 Reações de Oxidação: perde elétrons; 
 Reações de Redução: ganha elétrons. 
 
 
OXIDOREDUTASES: fazem transferência de elétrons. São 
extremamente importantes para o metabolismo, porque são 
elas que fazem a retirada de elétrons dos seus substratos. 
Essas enzimas, para que possam exercer sua função, podem 
ser compostas, só pelos seus aminoácidos ou também 
associadas a um cofator ou outra molécula que pode auxiliar 
na reação que vai catalisar. São enzimas que precisam estar 
associadas a uma coenzima. 
 
O que são coenzimas? 
São estruturas químicas derivadas das vitaminas, que se 
associam as enzimas denominadas de oxidoredutases 
(desidrogenases). Dentre essas coenzimas que podem se 
associar a enzimas para participar de reações de 
transferências de elétrons, temos duas: 
− Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo (NAD): tem 
estrutura química de um nucleotídeo (base, açúcar e 
grupamento fosfato). Na verdade, são dois 
nucleotídeos ligados. O NAPH, tem estrutura muito 
semelhante ao NADH, só que tem um grupamento 
fosfato a mais em relação ao NADH; 
− Flavina Adenina Dinucleotídeo (FAD): é um 
nucleotídeo também. Também pode se associar a 
enzimas que participam desse tipo de reação. 
 
 
 
Transformação do malato para o oxalacetato. Tem-se a 
enzima malato desidrogenase. Desidrogenase significa 
retirada de elétrons de seus substratos. E, e o NADH 
significa, que para essa enzima fazer essa função, precisa de 
coenzima associada a ela. 
No momento em que acontece a reação, o NADH está sem 
elétrons, representado pelo sinal de mais (+). No momento 
em que a malato desidrogenase realiza sua função, remove 
elétrons do hidrogênio, passando a coenzima associada a ela. 
E aí, cada hidrogênio possui um elétron e um próton, os dois 
elétrons se associam ao NADH e os prótons são liberados no 
meio. 
A malato desidrogenase, oxidou seu substrato e passou os 
elétrons para a coenzima associada a ela. 
 
 
Niacina = vitamina. 
 
Coenzima fica reduzida, carregada de elétrons. Prótons 
liberados no meio. 
 
 
É derivado da vitamina riboflavina. Estrutura química pouco 
diferente do NADH. Tem basicamente a mesma função. 
 
Tem-se a enzima succinato desidrogenase, que remove 
elétrons do seu substrato, e passam para a coenzima 
associada a ela, que no caso é o FADH. 
FADH reduz, com elétrons. 
Ao oxidar os substratos, a enzima retira seus elétrons e 
passam para a coenzima associada. Tem-se a formação de 
uma coenzima reduzida. 
 
Resumindo 
− METABOLISMO: é todas as transformações químicas 
que acontecem dentro de um organismo; 
− VIAS METABÓLICAS: divisão do metabolismo. São 
caracterizadas por conjunto de reações especificas 
responsáveis por trabalhar com substrato específico. 
Trabalham em conjunto, sequenciais, onde o produto 
de uma reação acaba sendo substrato da outra, e assim 
sucessivamente; 
− VIAS ANABÓLICAS: moléculas mais simples se juntam 
pra formar moléculas mais complexas. Gasta energia; 
− VIAS CATABÓLICAS/DEGRADATIVAS: moléculas mais 
complexas são liberadas/clivadas a moléculas mais 
simples. Libera energia; 
− ENERGIA: contabilizada por ATP, FADH, NADH; 
 
 
Durante os processos degradativos, de liberação de energia, 
a ação de desidrogenases fazem a retirada de elétrons dos 
substratos fazendo com que os elétrons sejam coletados por 
coenzimas especificas como NADH ou FADH. Elétrons são 
transportados pela cadeia transportadora de elétrons, da 
mitocôndria. E esse processo é superimportante para a 
síntese de ATP.