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Resumo Metabolismo Carboidratos e Lipídios PRODUÇÃO: PAULO EMANUEL Paulo Emanuel – METABOLISMO 2 Sumário METABOLISMO ............................................................................................................................................................ 3 CATABOLISMO ............................................................................................................................................................. 3 ANABOLISMO .............................................................................................................................................................. 3 METABOLISMO DOS CARBOIDRATOS .......................................................................................................................... 3 Fosforilação da glicose ............................................................................................................................................. 3 Glicogênese: formação de glicogênio ...................................................................................................................... 4 Glicogenólise: quebra do glicogênio armazenado ................................................................................................... 4 Glicólise: clivagem da glicose para formar ácido pirúvico ....................................................................................... 4 Conversão do ácido pirúvico em acetil coenzima A ................................................................................................ 4 Ciclo do ácido cítrico (ciclo de Krebs) ...................................................................................................................... 5 Nicotinamida adenina dinucleotídio ....................................................................................................................... 5 Cadeia transportadora de elétrons.......................................................................................................................... 5 Resumindo ............................................................................................................................................................... 6 Fermentação Láctica ................................................................................................................................................ 6 Via da pentose fosfato ............................................................................................................................................. 7 Conversão de glicose em glicogênio ou gordura ..................................................................................................... 7 Gliconeogênese: formação de carboidratos a partir de proteínas e gorduras ........................................................ 7 METABOLISMO DOS LIPÍDIOS ...................................................................................................................................... 8 ESTRUTURA QUÍMICA BÁSICA DOS TRIGLICERÍDIOS (GORDURA NEUTRA) ............................................................ 8 TRANSPORTE DE TRIGLICERÍDIOS E OUTROS LIPÍDIOS NO TRATO GASTROINTESTINAL PELA LINFA | QUILOMÍCRONS ....................................................................................................................................................... 8 Os “ácidos graxos livres” são transportados no sangue, combinados à albumina .................................................. 8 Lipoproteínas: sua função especial no transporte do colesterol e dos fosfolipídios ............................................... 8 Glicerol ..................................................................................................................................................................... 9 Degradação de Ácidos Graxos ................................................................................................................................. 9 Referências .................................................................................................................................................................. 9 Paulo Emanuel – METABOLISMO 3 APG – SEMANA 16/PROBLEMA 1 e 2 OBJETIVOS: → Diferenciar anabolismo de catabolismo. → Compreender o metabolismo dos carboidratos. → Entender o transporte dos lipídios (estrutura e função das lipoproteínas). METABOLISMO O conjunto de redes de vias catalisadas por enzimas, tanto as catabólicas quanto as anabólicas, constituem o metabolismo celular. CATABOLISMO Conjunto de reações degradativas e produtoras de energia livre é designado catabolismo. O principal processo catabólico é a digestão, onde as substâncias ingeridas pelo corpo são divididas em componentes mais simples. No nível celular, podemos citar a respiração celular, ou a quebra do glicogênio em glicose. ANABOLISMO Vias sintéticas, que invariavelmente necessitam de entrada de energia, são coletivamente chamadas de anabolismo. A construção de tecidos e o ganho de massa muscular são dois processos anabólicos básicos. Já no nível celular, um exemplo de processo anabólico é a sintetização de proteínas por meio dos aminoácidos. Alguns dos hormônios envolvidos no processo de anabolismo são: Insulina; Estrogênio; Testosterona; Hormônio de crescimento; Esteroides. METABOLISMO DOS CARBOIDRATOS Carboidratos: Compostos orgânicos constituídos de carbono, hidrogênio e oxigênio. A fórmula básica é: Cn(H2O)n Podem ser classificados em monossacarídeos, dissacarídeos e polissacarídeos. Após a absorção a partir do trato intestinal, grande parte da frutose e quase toda a galactose é rapidamente convertida em glicose no fígado. Portanto, pouca frutose e galactose estão presentes no sangue circulante. A glicose torna-se, assim, a última via comum para o transporte de quase todos os carboidratos às células. Nas células do fígado, enzimas apropriadas estão disponíveis para promover interconversões entre os monossacarídeos – glicose, frutose e galactose. A dinâmica das reações é tal que, quando o fígado libera monossacarídeos de volta para o sangue, o produto final é quase inteiramente glicose. A razão para isso é que as células do fígado contêm grandes quantidades de glicose fosfatase. Portanto, a glicose-6-fosfato pode ser degradada em glicose e fosfato, e a glicose pode, então, ser transportada através da membrana das células hepáticas de volta ao sangue. Mais uma vez, deve ser enfatizado que mais de 95% de todos os monossacarídeos que circulam no sangue são, normalmente, o produto final de conversão, a glicose. O transporte da glicose através da membrana é feito por difusão facilitada. A taxa de transporte da glicose, bem como o transporte de alguns outros monossacarídeos, aumenta na maioria das células devido à presença de insulina. Fosforilação da glicose Ao entrar na célula: Enzima glicoquinase no fígado e pela hexoquinase na maioria das outras células. Paulo Emanuel – METABOLISMO 4 A glicose-fosfatase presente nas células do fígado, células epiteliais dos túbulos renais e células epiteliais intestinais consegue reverter a reação. Após sua absorção dentro da célula, a glicose pode ser usada imediatamente para liberação de energia para a célula, ou pode ser armazenada na forma de glicogênio, que é um grande polímero de glicose. As células do fígado, que podem armazenar até 5 a 8% de seu peso como glicogênio, e células musculares, que podem armazenar de 1 a 3% de glicogênio. Glicogênese: formação de glicogênio Glicose Sérica: Glicose presente no sangue. Glicogenólise: quebra do glicogênio armazenado A Adrenalina ou o Glucagon ativam a enzima fosforilase, responsável por permitir a glicogenólise. O efeito inicial de cada um desses hormônios é promover formação de AMPcíclico nas células, que então inicia uma cascata de reações químicas que ativa a fosforilase. . Glicogenólise significa a quebra do glicogênio celular armazenado para formar novamente glicose nas células. A glicose pode então ser usada para fornecer energia. Glicólise: clivagem da glicose para formar ácido pirúvico Divisão da molécula de glicose para formar duas moléculas de ácido pirúvico. Assim, um total de 4 moles de ATP são formados para cada mol de frutose-1,6-difosfato que se divide em ácido pirúvico. Saldo energético: 2 ATP São necessárias 12000 cal para formar o ATP. Durante a glicólise, um total de 56.000 calorias de energia foram perdidas com a glicose original, resultando em uma eficiência global para a formação de ATP de apenas 43%. Os restantes 57% da energia são perdidos em forma de calor. Resultado: 2 ácidos pirúvicos, 2 ATP e 4H. Conversão do ácido pirúvico em acetil coenzima A Duas moléculas de ácido pirúvico combinam-se com a coenzima A, um derivado da vitamina ácido pantotênico (B5), para formar duas moléculas de acetil-CoA. Nessa conversão, nenhum ATP é formado, mas até seis moléculas de ATP são formadas quando os quatro átomos de hidrogênio liberados são posteriormente oxidados. Resultado: 2CO2 E 4H. Paulo Emanuel – METABOLISMO 5 Ciclo do ácido cítrico (ciclo de Krebs) Homenagem a Hans Krebs pela sua descoberta. É uma sequência de reações químicas em que a porção acetil do acetil-CoA é degradada em dióxido de carbono e átomos de hidrogênio. Todas essas reações ocorrem na matriz da mitocôndria. Resultado: 4 moléculas de dióxido de carbono, 16 átomos de hidrogênio e 2 moléculas da coenzima A. Duas moléculas de ATP são formadas. Nicotinamida adenina dinucleotídio 24 átomos de hidrogênio são liberados para cada molécula original de glicose. No entanto, os átomos de hidrogênio não são simplesmente soltos no líquido intracelular. Em vez disso, eles são liberados de dois em dois, e, em cada caso, a liberação é catalisada por uma enzima proteica específica chamada desidrogenase. Vinte dos 24 átomos de hidrogênio imediatamente se combinam com a nicotinamida adenina dinucleotídio (NAD+), um derivado da vitamina niacina (vitamina B3), de acordo com a seguinte reação: Os 4 átomos de hidrogênio restantes liberados durante o ciclo do ácido cítrico entre os estágios de ácido succínico e fumárico – combinam-se a uma desidrogenase específica, mas não são depois liberados para a NAD+. Em vez disso, eles passam diretamente de desidrogenase para o processo oxidativo. As descarboxilases causam a liberação de dióxido de carbono. O dióxido de carbono é então dissolvido nos fluidos corporais e transportado para os pulmões, onde é eliminado do corpo pela expiração. Cadeia transportadora de elétrons Ocorre nas cristas mitocondriais. A primeira etapa da fosforilação oxidativa na mitocôndria é ionizar os átomos de hidrogênio que foram removidos dos substratos alimentares. Paulo Emanuel – METABOLISMO 6 Os elétrons que são removidos dos átomos de hidrogênio para fazer a ionização de hidrogênio entram imediatamente em uma cadeia de transporte de elétrons para aceptores de elétrons que é parte integrante da membrana interna pregueada (a crista mitocondrial) das mitocôndrias. Os aceptores de elétrons podem ser reduzidos ou oxidados de modo reversível, pela aceitação ou desistência de elétrons. Os membros importantes dessa cadeia de transporte de elétrons incluem flavoproteína (flavina mononucleotídio), várias proteínas de sulfeto de ferro, ubiquinona e citocromos B, C1, C, A e A3. Cada elétron é transportado de um desses aceptores para o próximo até que finalmente alcance o citocromo A3, que é chamado de citocromo oxidase porque é capaz de ceder 2 elétrons e, assim, reduzir o oxigênio elementar para formar oxigênio iônico, que então se combina com íons hidrogênio para formar água. À medida que os elétrons passam pela cadeia de transporte de elétron, grandes quantidades de energia são liberadas. Essa energia é utilizada para bombear íons hidrogênio da matriz interna da mitocôndria (à direita) para dentro da câmara externa entre às membranas mitocondriais interna e externa (à esquerda). Esse processo cria uma alta concentração de íons hidrogênio carregados positivamente nessa câmara; também cria um forte potencial elétrico negativo na matriz interna. A próxima etapa na fosforilação oxidativa é converter ADP em ATP. Essa conversão ocorre em conjunto com uma grande molécula de proteína que se sobressai completamente através da membrana mitocondrial interna e se projeta com uma cabeça em forma de botão para o interior da matriz mitocondrial. Essa molécula é uma enzima ATPase, chamada ATP sintetase. A alta concentração de íons hidrogênio carregados positivamente na câmara externa e a grande diferença de potencial elétrico através da membrana interna fazem com que os íons hidrogênio flutuem para a matriz mitocondrial interna através da própria substância da molécula de ATPase. Ao fazer isso, a energia derivada desse fluxo de íons hidrogênio é usada pela ATPase para converter ADP em ATP combinando ADP a um radical fosfato iônico livre (Pi), adicionando, assim, outra ligação fosfato de alta energia à molécula. A etapa final no processo é a transferência do ATP do interior da mitocôndria de volta ao citoplasma da célula. Essa etapa ocorre por difusão facilitada na membrana interna e difusão simples na membrana externa. A cada dois elétrons que passam por toda a cadeia de transporte de elétrons (representando a ionização de dois átomos de hidrogênio), até três moléculas de ATP são sintetizadas. Resumindo 1. Durante a glicólise, 4 moléculas de ATP são formadas e 2 são gastas para causar a fosforilação inicial da glicose, possibilitando, assim, o funcionamento do processo e fornecendo um ganho líquido de 2 moléculas de ATP. 2. Durante cada rodada do ciclo do ácido cítrico, 1 molécula de ATP é formada. No entanto, como cada molécula de glicose se divide em 2 moléculas de ácido pirúvico, há 2 voltas do ciclo para cada molécula de glicose metabolizada, ocorrendo uma produção líquida de mais 2 moléculas de ATP. 3. Durante todo o esquema de degradação da glicose, um total de 24 átomos de hidrogênio são liberados durante a glicólise e durante o ciclo do ácido cítrico. Vinte desses átomos são oxidados em conjunto com o mecanismo quimiosmótico, com a liberação de 3 moléculas de ATP por 2 átomos de hidrogênio metabolizados. Esse processo origina um adicional de 30 moléculas de ATP. 4. Os 4 átomos de hidrogênio restantes são liberados por sua desidrogenase, no esquema oxidativo quimiosmótico na mitocôndria. Duas moléculas de ATP são geralmente liberadas para cada 2 átomos de hidrogênio oxidados, resultando em um total de mais 4 moléculas de ATP. Agora, adicionando todas as moléculas de ATP formadas, encontramos um máximo de 38 moléculas de ATP formadas para cada molécula de glicose degradada em dióxido de carbono e água. Assim, 456.000 calorias de energia podem ser armazenadas na forma de ATP, enquanto 686.000 calorias são liberadas durante a oxidação completa de cada molécula- grama de glicose. Esse resultado representa uma eficiência global máxima de transferência de energia de 66%. Fermentação Láctica Glicólise: 2 ácidos pirúvicos, 2 ATP e 4H. Formação de ácido láctico durante a glicólise anaeróbica. Quando uma pessoa começa a respirar oxigênio novamente após um período de metabolismo anaeróbico, o ácido láctico é rapidamente reconvertido em ácido pirúvico e NADH e H+. Paulo Emanuel – METABOLISMO 7 O músculo cardíaco é especialmente capaz de converter ácido láctico em ácido pirúvico e, em seguida, empregaro ácido pirúvico como fonte de energia. Esse processo ocorre, principalmente, durante a realização de exercícios físicos pesados, quando grandes quantidades de ácido láctico são liberadas no sangue pelos músculos esqueléticos e consumidos como uma fonte de energia extra pelo coração. Via da pentose fosfato Via alternativa para o metabolismo energético quando certas anormalidades enzimáticas ocorrem nas células. Tem uma capacidade especial para fornecer energia a diversos processos de síntese celular. Toda a glicose pode eventualmente ser convertida em dióxido de carbono e hidrogênio, e o hidrogênio pode entrar na via da fosforilação oxidativa para formar ATP; mais frequentemente, no entanto, é utilizada para a síntese de lipídios ou outras substâncias. O hidrogênio liberado durante o ciclo da pentose fosfato não se combina com NAD+ como na via glicolítica, mas combina com nicotinamida adenina dinucleotídio fosfato (NADP+), que é quase idêntico ao NAD+ exceto por um radical fosfato extra, P. Essa diferença é extremamente significativa porque apenas o hidrogênio ligado à NADP+ na forma de NADPH pode ser utilizado para a síntese de lipídios a partir de carboidratos. Conversão de glicose em glicogênio ou gordura Quando a glicose não é imediatamente requerida como fonte de energia, a glicose extra que continuamente entra nas células é armazenada como glicogênio ou convertida em gordura. A glicose é preferencialmente armazenada como glicogênio, até que as células tenham armazenado tanto glicogênio quanto podem – uma quantidade suficiente para suprir as necessidades de energia do corpo por período de apenas 12 a 24 horas. Quando as células que armazenam o glicogênio (principalmente células hepáticas e musculares) aproximam- se da saturação de glicogênio, a glicose adicional é convertida em lipídios no fígado e nas células adiposas e é armazenada como gordura nos adipócitos. Gliconeogênese: formação de carboidratos a partir de proteínas e gorduras Quando as reservas de carboidratos do corpo caem abaixo da normal, quantidades moderadas de glicose podem ser formadas a partir de aminoácidos e da porção glicerol dos lipídios. Esse processo é chamado gliconeogênese. Aproximadamente 25% da produção de glicose do fígado durante o jejum é derivada da gliconeogênese, ajudando a fornecer um suprimento constante de glicose ao cérebro. A diminuição do nível celular dos carboidratos e da glicose sanguínea são os estímulos básicos que aumentam a taxa de gliconeogênese. A diminuição dos carboidratos pode reverter diretamente muitas das reações glicolíticas e de fosfogliconato, permitindo assim a conversão de aminoácidos desaminados e glicerol em carboidratos. Quando quantidades normais de carboidratos não estão disponíveis para as células, a adeno-hipófise, por motivos não completamente compreendidos, secreta quantidades aumentadas do hormônio adrenocorticotrófico (ACTH). Essa secreção estimula o córtex adrenal a produzir grandes quantidades de hormônios glicocorticoides, especialmente o cortisol. Por sua vez, o cortisol mobiliza proteínas essencialmente de todas as células do corpo, tornando essas proteínas disponíveis na forma de aminoácidos nos líquidos corporais. Elevada proporção desses aminoácidos torna-se imediatamente desaminada no fígado e fornece substratos ideais para a conversão em glicose. Paulo Emanuel – METABOLISMO 8 METABOLISMO DOS LIPÍDIOS ESTRUTURA QUÍMICA BÁSICA DOS TRIGLICERÍDIOS (GORDURA NEUTRA) TRANSPORTE DE TRIGLICERÍDIOS E OUTROS LIPÍDIOS NO TRATO GASTROINTESTINAL PELA LINFA | QUILOMÍCRONS Durante a digestão, a maioria dos triglicerídios é dividida em monoglicerídios e em ácidos graxos. Então ao passar pelas células epiteliais intestinais, os monoglicerídios e os ácidos graxos são ressintetizados em novas moléculas de triglicerídios que chegam à linfa como minúsculas gotículas dispersas, chamadas de quilomícrons, cujo diâmetro fica entre 0,08 e 0,6 micrômetro. Embora os quilomícrons sejam compostos principalmente por triglicerídios, também contêm cerca de 9% de fosfolipídios, de 3% de colesterol e de 1% de apolipoproteínas. Os quilomícrons são, então, transportados para cima pelo ducto torácico e esvaziados no sangue venoso circulante na junção das veias jugular e subclávia. Triglicerídios dos quilomícrons são hidrolisados pela lipase lipoproteica, e a gordura é armazenada no tecido adiposo. A maioria dos quilomícrons é removida da circulação sanguínea à medida que passa pelos capilares de vários tecidos, em particular do tecido adiposo, do músculo esquelético e do coração. Esses tecidos sintetizam a enzima lipase lipoproteica, que é transportada para a superfície das células endoteliais capilares, onde hidrolisa os triglicerídios dos quilomícrons à medida que entram em contato com a parede endotelial, liberando ácidos graxos e glicerol. os remanescentes dos quilomícrons enriquecidos com colesterol são rapidamente eliminados do plasma. Os remanescentes de quilomícrons se ligam a receptores nas células endoteliais dos sinusoides do fígado. A apolipoproteína E na superfície dos remanescentes de quilomícrons e secretada pelas células do fígado também desempenha um papel importante no início da depuração dessas lipoproteínas plasmáticas. Os “ácidos graxos livres” são transportados no sangue, combinados à albumina Em condições normais, apenas cerca de 3 moléculas de ácido graxo se associam a cada molécula de albumina, mas até 30 moléculas de ácido graxo podem se acoplar a uma só molécula de albumina, quando a necessidade de transporte de ácido graxo é extrema. Isso mostra a variabilidade do transporte de lipídios sob diferentes condições fisiológicas. Lipoproteínas: sua função especial no transporte do colesterol e dos fosfolipídios A principal função das lipoproteínas é transportar seus componentes lipídicos no sangue. As lipoproteínas de densidade muito baixa (VLDL) transportam os triglicerídios sintetizados no fígado principalmente para o tecido adiposo. As outras lipoproteínas são especialmente importantes em diferentes estágios de transporte de fosfolipídios e de colesterol do fígado para os tecidos periféricos ou da periferia de volta ao fígado. Paulo Emanuel – METABOLISMO 9 Glicerol 1. Produzir ATP – entrar no ciclo de Krebs 2. Gliconeogênese – formar glicose A partir do Diidroxiacetona fosfato pode seguir esses dois caminhos Degradação de Ácidos Graxos O Acil-CoA entra na mitocôndria através da Acil-Carnitina e assim ao sofrer a beta-oxidação ou Ciclo de Lynen o Acil-CoA é transformado em Acetil-CoA. Acetil-CoA forma 10 ATP 4 etapas do Ciclo de Lynen: • Desidrogenação – FADH2 • Hidratação • Oxidação - NADH • Tiólise Ácidos graxos de cadeias longas repetem o ciclo várias vezes. Descobrimos a quantidade de beta-oxidações pela fórmula: (n/2) – 1 para cadeias pares (n-3) /2 para cadeias ímpares Obs.: Cada NADH produz 2,5 ATP. Cada FADH2 produz 1,5 ATP e cada Acetil-CoA Obs.: Em cadeia ímpares forma 1 Propinil-CoA, que gerará 5 ATP e 1 Acetil-CoA a menos. Ex.: Ácido graxo com 26 carbonos 13 acetil-CoA, 12 beta-oxidações, 12 FADH2, 12NADH e 176 ATP. Obs.: A soma de ATP daria 178, porém 2 ATP são utilizados para ativação da via da beta-oxidação. Referências HALL, John E.; HALL, Michael E. Guyton & Hall - Tratado de Fisiologia Médica. Grupo GEN, 2021. E-book. ISBN 9788595158696. Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788595 158696/. Acesso em: 29 mai. 2023. METABOLISMO CATABOLISMO ANABOLISMO METABOLISMO DOS CARBOIDRATOS Fosforilação da glicose Glicogênese: formação de glicogênio Glicogenólise: quebra do glicogênio armazenado Glicólise: clivagem da glicose para formar ácido pirúvico Conversão do ácido pirúvico em acetil coenzima A Ciclo do ácidocítrico (ciclo de Krebs) Nicotinamida adenina dinucleotídio Cadeia transportadora de elétrons Resumindo Fermentação Láctica Via da pentose fosfato Conversão de glicose em glicogênio ou gordura Gliconeogênese: formação de carboidratos a partir de proteínas e gorduras METABOLISMO DOS LIPÍDIOS ESTRUTURA QUÍMICA BÁSICA DOS TRIGLICERÍDIOS (GORDURA NEUTRA) TRANSPORTE DE TRIGLICERÍDIOS E OUTROS LIPÍDIOS NO TRATO GASTROINTESTINAL PELA LINFA | QUILOMÍCRONS Os “ácidos graxos livres” são transportados no sangue, combinados à albumina Lipoproteínas: sua função especial no transporte do colesterol e dos fosfolipídios Glicerol Degradação de Ácidos Graxos Referências
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