METABOLISMO

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METABOLISMO· Compostos orgânicos (carboidratos, lipídeos e proteínas) são convertidos em produtos finais mais simples, como ácido láctico, CO2 (dióxido de carbono) e NH3 (amônia).
· Em geral, vias catabólicas resultam em liberação de energia, processo no qual uma parte é conservada na formação de ATP (adenosina trifosfato) e carreadores de elétrons reduzidos (NADH, NADPH e FADH2), e o restante é perdido na forma de calor. Os ATP e os NADPH produzidos compreendem as principais fontes de energia livre (moedas de energia) para as vias anabólicas.
· Em geral, as vias catabólicas são convergentes, ou seja, têm como finalidade capturar energia química obtida na degradação de moléculas de energia, formando ATP.
Vias metabólicas: anabólicas, catabólicas e anfibólicas.
· O metabolismo consiste na soma das transformações que acontecem nas células de um organismo, ou seja, um processo no qual os sistemas vivos adquirem e utilizam a energia de que precisam para realizar suas várias funções e gerar produtos necessários para esse funcionamento.Exemplo: As plantas realizam fotossíntese, em que a luz ambiente fornece energia para a produção de carboidratos e oxigênio a partir de dióxido de carbono e água. Os seres humanos e outros mamíferos obtêm energia a partir da alimentação, na qual alguns compostos orgânicos são degradados e outros produzidos.
· O metabolismo ocorre por meio de uma série de reações consecutivas catalisadas por enzimas que formam as vias metabólicas.
· As vias metabólicas podem ser anabólicas, catabólicas ou anfibólicas.
· Catabólicas: O catabolismo refere-se a reações de degradação (destruição/quebra) de substâncias/moléculas metabólicas. Nela, os carboidratos, nutrientes, proteínas, lipídios e toda a matéria orgânica ingerida é dividida em produtos menores e mais simples que se transformam em energia.
· Anabólicas: O anabolismo (também chamado de biossíntese) refere-se a reações de síntese, ou seja, formação de substâncias, por isso inicia com precursores simples e pequenos, os quais são utilizados para formar moléculas maiores e mais complexas, como os polissacarídeos (carboidrato formado pela união de vários monossacarídeos, como o glicogênio), lipídeos, proteínas e ácidos nucleicos.
· As reações anabólicas necessitam de um suprimento de energia na forma de potencial de transferência de grupos fosforila do ATP e do poder redutor de NADH, NADPH e FADH2.
· As vias anabólicas são divergentes, ou seja, promovem reações que reúnem moléculas pequenas para formação de moléculas complexas.
As reações anapleróticas possibilitam que, sob circunstâncias normais, em um metabolismo saudável, haja equilíbrio dinâmico entre reações que desviam os intermediários para serem utilizados por outras vias e as reações que os repõem, de modo que as concentrações dos intermediários permaneçam quase constantes. Exemplos de reação anaplerótica são as conversões de piruvato ou fosfoenolpiruvato em oxalacetato ou malato no ciclo de Krebs
O que é intermediário? são proteínas complexas, tais como o NADH, os citocromos, a coenzima A ou ubiquinona, entre outras
O que é precursoras? O termo "precursor" é usado para referir-se a um composto que precede (vem antes) outro numa via metabólica.
As vias catabólicas disponibilizam energia química na forma de ATP, NADH, NADPH e FADH”, e “esses transportadores de energia são usados em vias anabólicas para converter precursores pequenos em macromoléculas celulares”
· Anfibólicas: são aquelas em que ocorrem processos catabólicos e anabólicos, como o ciclo de Krebs ou ciclo do ácido cítrico que acontece em organismos aeróbicos (utiliza oxigênio), pois, além da etapa de degradação oxidativa de carboidratos, lipídeos e proteínas, são fornecidos precursores para muitas vias de síntese.
· As vias metabólicas podem ser lineares, cíclicas ou ramificadas, originando produtos finais a partir de um único precursor ou convertendo várias substâncias de partida em um produto único.
· As vias metabólicas podem ser lineares, cíclicas ou ramificadas, originando produtos finais a partir de um único precursor ou convertendo várias substâncias de partida em um produto único.
	Videoaula: Samuel Cunha
Fatores reguladores do metabolismo
· O funcionamento e a velocidade das vias metabólicas dependem das necessidades do organismo, das situações fisiológicas, da demanda energética, etc.
· A regulação pode se dar em vários níveis, tanto de dentro da célula quanto de fora dela. Desse modo, os principais fatores reguladores são associados às próprias enzimas e aos substratos das vias metabólicas, além de fatores de crescimento ou hormônios.
· A Regulação enzimática ocorre em todas as vias metabólicas — as vias catabólicas e anabólicas que apresentam enzimas em comuns são reguladas de modo que, enquanto ocorre degradação, não há síntese.
· Isso se deve ao fato de que as vias catabólicas e anabólicas não são constituídas exatamente pelo mesmo grupo de enzimas, ou seja, embora haja enzimas em comum, sempre há outras enzimas diferentes (ou pelo menos uma) ao longo da via que direcionam para uma única direção (catabólica ou anabólica), tornando a via irreversível até o produto final.
· Outro fator que contribui para a regulação diferir nas sequências de reações consiste na separação do par de vias catabólicas e anabólicas em diferentes compartimentos celulares, por exemplo, o catabolismo de determinado composto pode ocorrer na mitocôndria, e a síntese, no citosol da célula.
· Os pontos de regulações das vias metabólicas também são separados por via, podendo sofrer interferência na velocidade da reação enzimática em virtude da concentração do substrato, das variações no pH em que a enzima se encontra e da alteração da temperatura
· Em geral, a regulação enzimática das vias metabólicas envolve mecanismos sofisticados e complexos, como regulação alostérica, modificações covalentes, ativação de zimogênios e produção de isoenzimas.
· Regulação alostérica (não covalente): ocorre em quase todas as vias geralmente no início, catalisando, com frequência, reações irreversíveis. Essa regulação se caracteriza pela ligação não covalente do modulador (efetor) ao sítio regulador das enzimas alostéricas.
· A ligação ocorre por interação química não covalente (pontes de hidrogênio, ligação iônica, dipolo–dipolo, interação de van der Waals e interação hidrofóbica), em que o modulador pode tanto ativar quanto inibir a atividade enzimática.
· O que acontece é que a ligação do substrato a um sítio ativo da enzima afeta a conformação dos demais sítios facilitando a ligação do substrato aos outros (efeito cooperativo entre as subunidades).
· Quando a célula contém uma quantidade suficiente do composto para as suas necessidades imediatas ou quando os níveis celulares de energia indicam que não é mais necessário consumir energia, esses sinais alostéricos inibem a atividade de uma ou mais enzimas relevantes das vias metabólicas. Nesses casos, o produto final atua como efetuador alostérico negativo de uma enzima alostérica, restringindo sua própria produção (inibição por feedback ou retroinibição ou retroalimentação)
· As enzimas alostéricas podem ser:
· Homotrópicas: o modulador é o próprio substrato da enzima.
· Heterotrópicas: Qualquer substância diferente do substrato capaz de atuar na respectiva enzima
· Os grupos modificantes incluem a fosforil, acetil, adenilil, uridilil, metil, amida, carboxil, miristoíl, palmitoíl, prenil, hidroxila, sulfato e ribosiladenosina-difosfato.
 
· Grupos químicos são ligados e removidos da enzima reguladora.
· A modificação de um resíduo de aminoácido leva a um novo resíduo de aminoácido com propriedades diferentes.
· Essas enzimas promovem uma reação de hidrólise nas ligações peptídicas específicas dos zimogênios, produzindo proteínas encurtadas de alguns aminoácidos (forma ativa) e de peptídeos pequenos.
· Regulação por modificações covalentes: se caracterizapelas propriedades catalíticas das enzimas alternadas pela ligação química covalente (nesse tipo de ligação, ocorre o compartilhamento de um ou mais pares de elétrons entre átomos) e transitória (adição ou remoção) de um grupo químico à cadeia polipeptídica ou ao sítio ativo da enzima.
· Zimogênios ou proenzimas: É um precursor enzimático inativo. são enzimas inativas, convertidas em suas formas ativas pela ação de enzimas proteolíticas em órgãos diferentes daqueles em que foram produzidos.
Exemplo: As enzimas digestivas, quimotripsina (quimotripsinogênio) e tripsina (tripsinogênio), sintetizadas nas células pancreáticas. Um dos motivos para que a síntese dessas proteínas seja na forma inativa reside no fato de que isso evita que elas possam hidrolisar proteínas constitutivas do órgão, além de, consequentemente, prevenir danos ao órgão.
Obs: Outro fenômeno de regulação metabólica e que depende da estrutura quaternária das proteínas enzimáticas refere-se à produção na célula de isoenzimas (isoformas ou isozima), formas moleculares múltiplas de uma enzima que realizam a mesma ação catalítica e se assemelham estruturalmente, mas diferentes quanto à sua sequência de aminoácidos.
· Regulação Hormonal: consiste em regular e integrar as atividades metabólicas dos diversos tecidos por comandos de fora da célula, ou seja, pelas ações dos hormônios (substâncias químicas produzidas pelo sistema endócrino e que podem atuar nas mais diversas células do organismo).· Em certos casos, essa regulação ocorre quase instantaneamente por meio de alterações nos níveis de mensageiros intracelulares que modificam a atividade de moléculas de enzimas existentes por mecanismos alostéricos ou modificações covalentes.
· Em outros, sinais extracelulares modificam a concentração intracelular de uma enzima, alterando a velocidade de síntese ou de degradação de alguma molécula, e, então, os efeitos aparecem apenas depois de minutos ou horas.
Alguns hormônios principais com ações diretas no metabolismo:
· Adrenalina (epinefrina): hormônio secretado pela medula das glândulas suprarrenais em momentos de atividades físicas intensas, situações de perigo, hipoglicemia, temperaturas muito baixas, etc. Tem como função principal ativar o catabolismo, promovendo, por exemplo, a glicogenólise (degradação do glicogênio) e a degradação de lipídeos, com o intuito de disponibilizar mais energia para o organismo.
· Cortisol: hormônio esteroide produzido pelo córtex das glândulas suprarrenais que atua principalmente em situações de estresse, sendo considerado, por isso, popularmente como “hormônio do estresse”. Esse hormônio também atua promovendo o catabolismo de proteínas (principalmente muscular) e lipídeos fornecendo substrato para produção de glicose (glioneogênese). Em casos de liberação de cortisol com altos níveis de insulina, ocorre síntese de lipídeos e, consequentemente, o indivíduo ganha peso corporal
· Glucagon: hormônio peptídico sintetizado pelas células alfa do pâncreas e liberado na circulação sanguínea em situações de baixo nível de glicose no sangue (hipoglicemia), que, normalmente, se dá em estado de jejum. Estimula o catabolismo, como a gliconeogênese e a glicogenólise, e inibe o anabolismo, como a síntese de glicogênio, e a glicólise (quebra da glicose).
· Insulina: hormônio peptídico sintetizado pelas células beta do pâncreas e liberado na circulação em situações de alta concentração de glicose (hiperglicemia — estado alimentado), agindo opostamente ao glucagon. Estimula o anabolismo, como a síntese de glicogênio e a lipogênese, e inibe o catabolismo, como gliconeogênese, gliogenólise, lipólise e cetogênese. Ativa a glicólise.
Metabolismo de carboidratos, lipídeos e aminoácidos a nível tecidual, em órgãos e subcelular
· As vias mais importantes envolvidas no metabolismo energético são as dos carboidratos, lipídeos e aminoácidos.
· Entre os órgãos, destaca-se, especialmente, o fígado, considerado o centro do metabolismo e que atua na manutenção dos níveis adequados de nutrientes no sangue para uso pelo cérebro, pelos músculos, pelo tecido adiposo e por outros tecidos, já que todos os nutrientes ingeridos na alimentação e absorvidos pelo intestino delgado, exceto os ácidos graxos, seguem via circulação para serem metabolizados no fígado.Explicação rápida
· Glicose: é a molécula básica do metabolismo dos carboidratos, que pode seguir os seguintes destinos principais:
· Glicólise: É a via que se refere à lise (quebra, degradação) da glicose, além de produzir metabólitos para atuação em outras vias.
· Via glicolítica aeróbica: que ocorre em presença de oxigênio, divide-se em 10 etapas, uma preparatória, em que há investimento de energia (duas moléculas de ATP), e uma de pagamento, em que há geração de energia. Essas etapas acontecem nas mais diversas células do organismo, especialmente no fígado. 
· Via glicólise anaeróbica: na qual há hipóxia (baixas concentrações de oxigênio), o produto final é o lactato (pela LDH). Esse processo ocorre nos músculos, no cérebro e nos eritrócitos (glóbulos vermelhos do sangue, também chamados de hemácias)
A respiração celular possui 3 etapas:
1. Glicólise: Acontece no citoplasma
2. Ciclo de Krebs: Acontece na matriz mitocondrial
3. cadeia de transporte de elétrons e fosforilação oxidativa: Acontecem nas cristas mitocondriais.
Glicólise (6 carbonos) Gastou 2 ATP para fazer a degradação
1. A glicose é degradada em:Esse processo ocorre mesmo sem oxigênio ()
· 4 ATP
· 2 NADH
· 2 Piruvatos (3 carbonos)
Ciclo de Krebs
2. - O Piruvato é convertido em acetil-coenzima A (acetil-CoA).
- Na presença de oxigênio, o piruvato é completamente oxidado, produzindo:
· 2 NADHciclo de Krebs é responsável pela oxidação total da glicose
· Liberou 2 
· 2 Acetil-CoA (2 Carbonos)
Continuação
na primeira, ocorre condensação do acetil-CoA com oxalacetato para a síntese do citrato, e, na última, a oxidação do malato a oxalacetato que inicia um novo ciclo.
· Produz 6 NADH	
· Produz 2 
· Produz 2 ATP	
· Libera 4 		Total
· 8 NADH		+
· 2 
· 2 ATP		+
· 6 
Glicólise
· 2 NADH
· 2 ATP
Fosforilação oxidativa
3. Para garantir a produção de ATP, faz-se necessária a reoxidação das moléculas de NADH e FADH2. Nesse processo, os elétrons com alta energia que foram aceitos pelo NAD+ e pelo FAD deslocam-se por níveis decrescentes de energia até o oxigênio. A condução dos elétrons até o gás oxigênio é feita por meio da cadeia transportadora de elétrons, que pode ser definida como uma sequência de proteínas dispostas nas cristas mitocondriais. Nesse processo, há grande liberação de energia, o que gera movimentação de prótons que desencadeiam a formação de ATP.
· 10 NADH – 30 ATP
· 2 – 4 ATP
Total: 34 ATP + 4 ATP que produzimos antes = 38 ATP
· 10 NADH
· 2 
· 4 ATP	
· Liberou 6 
Cada NADH “produz” 3 ATP
Cada “produz” 2 ATP
Videoaula: Samuel Cunha
· Via das pentoses-fosfato: é uma via alternativa de oxidação de glicose-6-fosfato, que leva à produção de três compostos, a ribose-5-fosfato, CO2 e o NADPH.
· Esse processo ocorre no citosol principalmente nas células das glândulas mamárias (ricas em tecido adiposo), do tecido adiposo (em maior quantidade), do córtex renal e do fígado.
· Glicogênese: é responsável por sintetizar glicose a partir de um grande número de precursores não carboidratos (piruvato, lactato, glicerol e aminoácidos), utilizando rotas existentes principalmente no citosol (ou seja, há etapas que ocorrem na mitocôndria) de células do fígado e do rim.
· A maioria dos precursores deve entrar no Ciclo de Krebs em algum ponto para ser convertida em oxaloacetato, o qual é transformado em fosfoenolpiruvato e, por fim, em glicose.
· A gliconeogênese não é simplesmente o inverso da glicólise, alguns passos são diferentes de tal forma que o controle de uma via não inativa a outra. Contudo, muitos passos são os mesmos. Três passos são diferentes da glicólise.
· Piruvato para PEP
· Frutose-1,6-bisfosfato para Frutose-6-fosfato
·Glicose-6-fosfato para Glicose
· Metabolismo dos lipídeos: consiste na degradação e síntese dos ácidos graxos.
· Os ácidos graxos são degradados nas mitocôndrias das células, pela betaoxidação, em unidades de dois carbonos, formando acetil-CoA
· A síntese de ácidos graxos ocorre no citosol, mais especificamente no retículo endoplasmático liso, a partir do acetil-Coa.
· A taxa de síntese varia com a atividade da acetil-CoA-carboxilase, a qual é ativada por citrato e por desfosforilação dependente de insulina e inibida por palmitoil-CoA (um produto da rota) e por fosforilação dependente de AMPc e de AMP.
· Metabolismo dos aminoácidos: refere-se à degradação e à síntese dos aminoácidos.
· A ureia é produzida no fígado, transportada pelo sangue e excretada pelos rins (são órgãos também importantes para a manutenção do pH sanguíneo) para eliminação na urina; dessa forma, ocorre a eliminação de nitrogênio (grupos aminos). O ciclo da ureia se dá em parte no citosol e em parte nas mitocôndrias das células.
· As moléculas percursoras da síntese dos aminoácidos não essenciais fazem parte do ciclo de Krebs e do grupamento amino proveniente da degradação de aminoácidos
· No jejum, as proteínas dos músculos esqueléticos são degradadas a aminoácidos, muitos dos quais convertidos em piruvato, que, por sua vez, é transaminado, formando alanina. Esse tecido é estimulado por adrenalina, mas não por glucagon (não apresenta receptores para esse hormônio).
· A síntese de proteínas, por sua vez, ocorre principalmente no retículo endoplasmático rugoso, pelos ribossomos.
· Coração: Esse músculo depende inteiramente do metabolismo aeróbio, exceto em curtos períodos de esforço extremo. Desse modo, ele é rico em mitocôndrias (ocupam 40% do citosol), ao contrário de alguns tipos de músculo esquelético, praticamente desprovidos dessas organelas. As células cardíacas podem degradar ácidos graxos, corpos cetônicos, glicose, piruvato e lactato. Os ácidos graxos são o combustível de escolha do coração em repouso, embora, em atividade intensa, ele aumente bastante seu consumo de glicose.