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12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 1/46 PROCESSOS BIOLÓGICOS CAPI�TULO 3 - DE ONDE VEM A ENERGIA PARA AS CE� LULAS FUNCIONAREM? Nıćolas Murcia / Vinicius Canato Santana 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 2/46 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 3/46 Introdução Nas unidades anteriores, abordamos as principais macromoléculas e processos biológicos que ocorrem nas células, os quais possibilitam nossa sobrevivência. Entretanto, para que todos esses processos ocorram, as células necessitam de energia. Você já parou para pensar de onde vem a energia que as células utilizam para sobreviver? De onde vem a energia que nosso organismo necessita para realizar nossas atividades diárias, como caminhar, escovar os dentes e ir ao trabalho? A resposta para essas questões é simples: nossa energia vem da quebra dessas macromoléculas e sua oxidação completa, até a formação de CO (gás carbônico) e (H O) água. Nós obtemos lipı́dios, monossacarı́deos e aminoácidos a partir da nossa alimentação ou do consumo dos estoques do próprio organismo. Para entendermos de forma mais simples, os aminoácidos, monossacarı́deos e lipı́dios que ingerimos na nossa alimentação são macromoléculas complexas, compostas por muitos átomos de carbono. A energia liberada, na forma de elétrons, durante a quebra dessas macromoléculas, e, consequente, a formação de moléculas menores, pode ser utilizada para a sı́ntese do ATP (adenosina trifosfato). O ATP possui ligações, que quando hidrolisadas (quebradas) têm a capacidade de transferir grande quantidade de energia livre, funcionando como uma “moeda energética” da célula (RODWELL, 2017). Nosso organismo é capaz de utilizar a energia armazenada em ligações do ATP para realizar diversos processos celulares e reações quı́micas que necessitam de energia. Há uma rede bastante complexa que descreve o conjunto de reações quı́micas que ocorrem em nossas células. O conjunto dessas reações quı́micas é conhecido como metabolismo. Nosso metabolismo funciona como um sistema que engloba dois processos distintos: o catabolismo e o anabolismo. Marzzoco (2015) desenvolve alguns conceitos sobre o tema: Metabolismo - pode ser de�inido como o conjunto de transformações que as substâncias quı́micas sofrem no interior dos organismos vivos, ou seja, todos os processos de sı́ntese e degradação dos nutrientes na célula. Catabolismo - geralmente, pode ser de�inido como a quebra de macromoléculas em compostos menores, com liberação de energia. Anabolismo - ocorre sı́ntese de compostos mais complexos, a partir de moléculas mais simples, geralmente envolvendo o consumo de energia. Nesse capı́tulo, iremos estudar as principais reações, ou conjunto de reações, chamadas de vias metabólicas, envolvidas com produção de energia, degradação e sı́ntese de macromoléculas no organismo humano. Aprender sobre essas reações irá ajudá-lo a entender melhor como nosso corpo se comporta no estado de jejum e no estado alimentado. Além disso, você terá subsı́dios para responder a algumas questões, tais como: acumulamos gordura quando exageramos na alimentação? Por que o exercı́cio fı́sico auxilia na perda de peso? Como somos capazes de regular a concentração de glicose na corrente sanguı́nea, mesmo em jejum? Esperamos que você aproveite o conteúdo apresentado neste capı́tulo. Bons estudos! 2 2 3.1. Glicólise e gliconeogênese Como você viu, nossas células produzem ATP a partir da energia liberada pela quebra de ligações quı́micas de macromoléculas. Em linhas gerais, as macromoléculas (monossacarı́deos, ácidos graxos e aminoácidos), que possuem muitos átomos de carbono, podem ser quebradas em compostos mais simples. Esses vão sendo oxidados, em diversas reações que ocorrem em sequências, chamadas de vias metabólicas. Como exemplo, podemos citar a glicose, o principal monossacarı́deo da nossa dieta. Nossas células iniciam a quebra da glicose por meio da Glicólise e, posteriormente, �inalizam sua oxidação no Ciclo do ácido cı́trico ou Ciclo de Krebs. Essa oxidação completa dá origem ao CO , que será eliminado em nossa respiração. Ainda, possibilita a formação direta de ATP para as células e origina carreadores (coenzimas), ativados como NADH 2 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 4/46 (nicotinamida adenina dinucleotı́deo) e FADH (�lavina adenina dinucleotı́deo). Esses últimos irão doar essa energia (na forma de ligações quı́micas) durante um processo chamado de Cadeia Respiratória, que conta com a participação do oxigênio como aceptor �inal dos elétrons. Na Cadeia Respiratória, ocorre a transferência da energia dessas ligações quı́micas de “baixa energia” do NADH e FADH para ligações de “alta energia”, possibilitando a sı́ntese do ATP. Por outro lado, quando estamos em um estado de jejum, e nossos estoques de glicose estão baixos, nosso organismo é capaz de produzir novas moléculas de glicose a partir de compostos não glicı́dicos, num processo chamado de gliconeogênese. Essa é uma importante forma de regular a concentração sanguı́nea de glicose, chamada de glicemia, visto que alguns órgãos funcionam quase exclusivamente por meio de glicose. Agora, assista a videoaula abaixo. 2 VOCÊ QUER VER? Você sabe quanto os processos metabólicos celulares são complexos? Acesse o site <http://biochemical-pathways.com/#/map/1 (http://biochemical- pathways.com/#/map/1)> e explore um pouco a grandiosidade de reações quıḿicas que ocorrem em nossas células. Você vai se surpreender! 2 http://biochemical-pathways.com/#/map/1 http://biochemical-pathways.com/#/map/1 http://biochemical-pathways.com/#/map/1 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 5/46 Antes de darmos inı́cio ao estudo das vias metabólicas propriamente ditas, precisamos de�inir alguns conceitos sobre esses carreadores e moléculas energéticas, NADH, FADH e ATP. Fique atento ao próximo tópico! 3.1.1. ATP (adenosina trifosfato) O ATP é formado por três grupos fosfato e uma adenina ligada a uma ribose (formando uma adenosina). Em especial, os dois últimos fosfatos da cadeia são de alta energia, e, quando suas ligações sofrem hidrólise (quebra), ocorre a liberação de um fosfato inorgânico (Pi) para o meio, ou, então, um grupo fosfato pode ser transferido para algum composto, formando-se o ADP e energia livre. O ATP é a principal “moeda energética” das células, para que moléculas de ATP sejam formadas se faz necessário unir um ADP e um Pi por meio da energia gerada pela quebra das macromoléculas, como monossacarı́deos e lipı́dios. Uma vez formado o ATP, a célula poderá utilizar a energia armazenada nessas ligações entre os grupos fosfato de alta energia para realizar processos bioquı́micos que necessitam de energia. Quando uma molécula de ATP sofre hidrólise, e um Pi é liberado, uma grande quantidade de energia livre poderá ser transferida para outra molécula, tornando possı́vel diversos processos celulares, que até então eram termodinamicamente desfavoráveis. Talvez você já tenha ouvido falar no ATP, porém NADH e FADH podem ser conceitos novos para você. Vamos explorar o que são essas moléculas? Mantenha-se atento e siga em frente! 2 Figura 1 - Estrutura da molécula de ATP. Em vermelho destaca-se uma das ligações de alta energia entre os fosfatos. Fonte: Adaptada de Harvey (2015, p. 73). 2 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html#6/46 3.1.2. NADH e FADH2 NAD+ e FAD+ são agentes oxidantes, ou seja, que tem a capacidade de receber elétrons e agem como coenzimas em diversas reações quı́micas envolvendo desidrogenases (enzimas que removem hidrogênios). Muitas vezes esses elétrons são recebidos acoplados a um átomo de hidrogênio (H). Esses átomos de hidrogênio liberados podem ser captados pelo NAD+ e FAD+. Estes então passam a ser chamados de NADH e FADH (NAD+ é capaz de receber um átomo de Hidrogênio e FAD+, dois). Veremos mais adiante que NADH e FADH doam seus elétrons sob a forma de átomos de hidrogênio. Esses, por sua vez, irão reagir com oxigênio, em um processo chamado de Fosforilação Oxidativa, culminando com a sı́ntese de ATP (RODWELL, 2017). Isso não é fantástico? Na imagem a seguir, visualize a forma reduzida e oxidada de NAD+/NADH. O mesmo raciocı́nio serve para FAD e FADH . Você sabe por que as vitaminas B3 e B2 são importantes? Fique atento e aprenda mais sobre essas vitaminas. 2 2 2 Figura 2 - Nicotinamida adenina dinucleotı́deo (NAD+ / NADH). A� esquerda da �igura, observamos a forma oxidada de NAD+, já à direita a forma reduzida de NADH. Destaca-se em vermelho o sı́tio de ligação ao átomo de hidrogênio (H). Fonte: OpenStax (2019). 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 7/46 Em breve, iremos iniciar o estudo sobre uma das principais vias metabólicas envolvidas com produção de energia em nosso organismo: a Glicólise. Entretanto, você sabe como os carboidratos da alimentação (doces, massas, grãos, frutas e laticı́nios, por exemplo) chegam até nossas células? Fique atento! 3.1.3. Digestão e absorção de carboidratos O processo de digestão e absorção de carboidratos se inicia pela boca, com a ação da mastigação e de enzimas chamadas de amilase. Elas digerem o amido, polissacarı́deo de origem vegetal encontrado em grãos, massas, etc. A ação da amilase continua no intestino delgado. Lá também há outras enzimas, como sacarase e lactase, que degradam os dissacarı́deos sacarose e lactose, deixando os monossacarı́deos frutose, glicose e galactose na sua forma isolada. A glicose presente no amido e na sacarose é o principal carboidrato da nossa dieta. Dessa forma isolada, os monossacarı́deos são absorvidos pelas células intestinais e são direcionados para a corrente sanguı́nea, podendo chegar aos músculos, fı́gado e cérebro, principalmente. Nas células os monossacarı́deos, inclusive a glicose, precisam de auxı́lio de transportadores especı́�icos chamados de GLUT, pois eles não se difundem livremente pela membrana plasmática. Esses transportadores de membrana são classi�icados como GLUT-1 a GLUT-14 e possuem certa especi�icidade tecidual (HARVEY, 2015). Clique nos itens a seguir e aprenda mais sobre o tema. O GLUT-3 é o principal transportador da glicose no sistema nervoso central. Já o GLUT-4 é abundante no tecido adiposo, coração e no músculo esquelético. VOCÊ SABIA? NAD+ e FAD+ são compostos derivados de vitaminas! As vitaminas niacina (vitamina B3) e ribo�lavina (vitamina B2), são precursores de NAD+ e FAD+, respectivamente. A ingestão adequada desses compostos na dieta auxilia na manutenção do metabolismo energético do organismo. O consumo inadequado desses compostos pode levar a doenças graves! As vitaminas do complexo B são muito importantes para a saúde. Conheça mais sobre elas, lendo o texto Vitaminas Hidrossolúveis (GONÇALVES, 2013). • • • 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 8/46 O GLUT-2, encontrado no fı́gado, pode tanto transportar a glicose para dentro dessas célul (quando os nı́veis de glicose no sangue estão altos) quanto transportar a glicose das célul para o sangue (quando os nı́veis sanguı́neos de glicose estiverem baixos, por exemplo, n jejum). As células do tecido hepático, neurônios e eritrócitos não necessitam de insulina para transportar a glicose. Já as células que têm GLUT-4, como tecido adiposo e músculos, necessitam da insulina para que o transportador seja capaz de internalizar a glicose (NAVALE; PARANJAPE, 2016). A insulina é um hormônio produzido pelo pâncreas, quando a concentração de glicose no sangue se eleva. Quando produzida, sensibiliza as células musculares e adipócitos a captar glicose, removendo-a da corrente sanguı́nea. Outro hormônio, também produzido pelo pâncreas, glucagon, tem efeito contrário, estimulando a liberação de moléculas de glicose para a corrente sanguı́nea, quando a glicemia começa a baixar. Essa liberação ocorre principalmente em condições de jejum, pela quebra do glicogênio hepático. A manutenção da glicemia é fundamental para nosso organismo, visto que alguns órgãos, como o cérebro, necessitam de um aporte constante de glicose para sua manutenção. Vamos dar inı́cio ao estudo da via glicolı́tica, uma das vias metabólicas mais importantes em nosso organismo! 3.1.4. Glicólise A Glicólise é um processo que ocorre integralmente no citoplasma celular e pode ser de�inida como a quebra de moléculas de glicose (6 carbonos) em 2 moléculas de piruvato (um composto mais simples de 3 carbonos). De acordo com Nelson (2014): Na glicólise (do grego glykys, “doce” ou “açúcar”, e lysis, “quebra”), uma molécula de glicose é degradada em uma série de reações catalisadas por enzimas, gerando duas moléculas do composto de três átomos de carbono, o piruvato. Durante as reações sequenciais da glicólise, parte da energia livre da glicose é conservada na forma de ATP e NADH (NELSON, 2014, p. 544). Na verdade, a Glicólise é um conjunto de dez reações quı́micas, que possui como produto �inal duas moléculas de piruvato. Ainda, durante essas reações quı́micas são liberados ATP e NADH. O ATP pode ser imediatamente utilizado pela célula como fonte de energia. Já o NADH seguirá para a fosforilação oxidativa quando houver oxigênio disponı́vel. Classicamente, as cinco primeiras reações da via glicolı́tica são chamadas de Fase de Preparação, sendo que ao custo de 2 moléculas de ATP, ocorre a fosforilação da glicose e sua conversão a gliceraldeído-3-fosfato. Já as cinco últimas reações são chamadas de Fase de Pagamento, pois ocorre a conversão oxidativa do gliceraldeído-3-fosfato em piruvato e formação de 4 ATPs e 2 NADH. Na imagem abaixo, pode ser observada uma representação esquemática da Glicólise. 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 9/46 No objeto interativo abaixo, você poderá aprender mais sobre etapas da Glicólise. Acompanhe! Um ponto importante a ser observado, é que o saldo lı́quido de moléculas de ATP é igual a dois (2 ATP). Isso se deve ao fato de que embora sejam produzidas quatro moléculas de ATP (4 ATPs) durante as etapas �inais, duas moléculas de ATP (2 ATPs) são consumidas nas etapas iniciais de preparação. Essas duas moléculas são essenciais para a ativação da molécula de glicose, o que possibilita o inı́cio da glicólise. Na imagem abaixo, temos um resumo das moléculas consumidas e produzidas na glicólise. Figura 3 - Representação esquemática de Glicólise. Perceba que há uma divisão didática em Fase de Preparação e Fase de Pagamento. Fonte: Adaptada de Marzzoco (2015, p. 120). 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 10/46 Os demais monossacarı́deos da dieta, galactose e frutose, que representam a minoria dos carboidratos consumidos diariamente, são convertidos em grande parte no fı́gado, em intermediários da glicólise e assim são oxidados na via. A galactose é convertida em glicose 6-fosfato e a frutose é convertida a di-hidroxiacetona fosfatoe gliceraldeı́do 3-fosfato. Ambos produtos formados seguem a via glicolı́tica. Figura 4 - Resumo da via glicolı́tica, na parte superior os compostos consumidos e na parte inferior os compostos produzidos. Fonte: Elaborada pelo autor (2018). VOCÊ QUER VER? Assista ao vıd́eo Steps of Glycolysis Reactions Explained - Animation - SUPER EASY, para uma experiência incrıv́el! Nesse vıd́eo, você irá visualizar de uma maneira baste interativa as moléculas envolvidas em cada reação da glicólise. Disponıv́el em: <https://www.youtube.com/watch?v=uWOURkrxpH4 (https://www.youtube.com/watch?v=uWOURkrxpH4)>. https://www.youtube.com/watch?v=uWOURkrxpH4 https://www.youtube.com/watch?v=uWOURkrxpH4 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 11/46 3.1.5. Destinos do Piruvato Após a produção de Piruvato, essa molécula pode ter três destinos. Clique nas abas abaixo e aprenda mais sobre o tema. Até agora, pudemos perceber o papel fundamental da glicose no metabolismo. Alguns tecidos dependem, quase exclusivamente, da glicose para produção de energia. São exemplos desses órgãos o cérebro, eritrócitos, testı́culos e medula renal. Somente o cérebro consome em média 120 g de glicose/dia! Essa quantidade representa mais da metade das moléculas de glicose que temos estocadas na forma de glicogênio hepático e muscular (NELSON, 2014). Destino 1 Destino 2 Destino 3 Em tecidos com disponibilidade de oxigênio, a glicólise é apenas a primeira etapa de oxidação completa da glicose. Nesses tecidos, o piruvato irá sofrer uma descarboxilação (perder um carbono), na forma de CO , dando origem ao Acetil-CoA. Esse processo ocorre na mitocôndria e direciona o Acetil-CoA para o Ciclo de Krebs para sua oxidação completa. Iremos abordar o Ciclo de Krebs mais adiante. 2 Em tecidos com restrição de oxigênio (hipóxia), como, por exemplo, o músculo em contração vigorosa, o piruvato será reduzido a lactato por meio da fermentação láctica. Nesse processo, o NADH produzido durante a glicólise, pode ser reoxidado a NAD+, e desse modo a célula consegue continuar realizando glicólise. Essa é a chamada glicólise anaeróbia que ocorre em nosso organismo. Esse processo é pouco e�iciente, o rendimento de energia (2 ATP por glicose) é muito menor frente ao que pode ser obtido pela oxidação completa do piruvato, passando pelo Ciclo de Krebs (cerca de 30 ATP por glicose). Principalmente em microrganismos como leveduras, na fabricação de cerveja e pão, o piruvato é convertido, em condições de hipóxia, em etanol e CO , um processo chamado de fermentação alcoólica (NELSON, 2014). 2 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 12/46 Em perı́odos de jejum, nosso organismo precisa suprir a necessidade de moléculas de glicose, independentemente dos estoques de glicogênio. Nosso organismo é capaz de regular a glicemia basicamente através de dois processos. Um deles é a Glicogenólise, quebra do glicogênio em glicose e liberação para corrente sanguı́nea. O outro é a Gliconeogênese! Temos a capacidade de produzir novas moléculas de glicose a partir de compostos não glicı́dicos (que não são carboidratos). Em nossa corrente sanguı́nea, mesmo após um perı́odo de jejum, ou exercı́cio fı́sico prolongado, a concentração plasmática de glicose, chamada de glicemia, é sempre mantida dentro de um faixa ideal. A via metabólica chamada de Gliconeogênese é capaz de produzir novas moléculas de glicose a partir do piruvato e outros compostos. Vamos conhecer mais sobre a Gliconeogênese? 3.1.6. Gliconeogênese Essa é uma via bioquı́mica que em mamı́feros ocorre majoritariamente no fı́gado e utiliza quase o mesmo aparato enzimático da glicólise. Após as refeições, a absorção dos alimentos faz aumentar a glicemia (concentração de glicose plasmática). Neste perı́odo, a liberação de insulina pelo pâncreas permite a absorção de glicose por todos os tecidos. Gradativamente, a glicemia diminui e, ao ser atingido um nı́vel basal, ocorre uma alteração na secreção pancreática: a insulina é substituı́da por glucagon. Este hormônio estimula a degradação do glicogênio hepático e a liberação de glicose do fı́gado mantém a glicemia basal. No entanto, a reserva hepática de glicogênio é limitada e insu�iciente para manter nı́veis VOCÊ QUER LER? A fadiga muscular relacionada ao exercıćio muscular intenso é associada às cãibras, por muitos esportistas. Essa associação é equivocadamente realizada com base no excesso de ácido lático produzido, a partir do lactato, em condições de exercıćio fıśico extenuante, em que o músculo não é suprido por oxigênio adequadamente. Ou seja, alguns praticantes de exercıćios atribuem suas câimbras ao ácido lático acumulado nos músculos após um exercıćio extenuante. Acesse o site e leia o texto produzido por Bordoni e Varacallo, intitulado MuscleCramps (Cãibras Musculares, do inglês). Descubra as verdadeiras causas dessa condição! Disponıv́el em: <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK499895/ (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK499895/)>. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK499895/ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK499895/ 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 13/46 glicêmicos normais além de 8 horas de jejum. Depois deste perı́odo, a contribuição do glicogênio hepático decresce, ao mesmo tempo em que é acionada outra via metabólica de produção de glicose: a gliconeogênese (MARZZOCO, 2015, p. 174). As principais moléculas precursoras para a sı́ntese de novas moléculas de glicose são: lactato, glicerol e aminoácidos. Há três pontos, das dez reações da glicólise, que se faz necessário a realização de um “contorno”. Isso se deve ao fato de que sete enzimas catalisam reações reversı́veis, tanto na glicólise quanto na gliconeogênese, porém, três delas catalisam reações irreversı́veis, sendo necessária ação de outras enzimas para que o processo ocorra. Abaixo temos uma imagem que compara as etapas da glicólise e gliconeogênese. Observe que alguns pontos da glicólise utilizam enzimas diferentes das reações correspondentes da gliconeogênese: Glicose – Glicose 6-fosfato; Frutose 6-fosfato – Frutose 1,6-bifosfato; Fosfoenolpiruvato – Piruvato. • • • 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 14/46 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 15/46 Para que novas moléculas de glicose se formem, a primeira reação que precisa ocorrer é a conversão de piruvato a fosfoenolpiruvato. Na glicólise, o fosfoenolpiruvato é convertido a piruvato pela enzima piruvato- cinase, porém essa enzima não é capaz de realizar a reação contrária. Sendo assim, ao passo que na glicólise, em apenas uma reação o fosfoenolpiruvato é convertido em piruvato, na gliconeogênese, são necessárias duas reações para converter o piruvato em fosfoenolpiruvato (número 1 e 2 em azul, na imagem acima). E� necessário o transporte do piruvato do citoplasma para a mitocôndria, pois aı́ se encontram as enzimas que catalisam a reação. Uma vez na mitocôndria, o piruvato sofre ação da piruvato-carboxilase (1), e é convertido em oxaloacetato. Em seguida, o oxaloacetato é convertido em fosfoenolpiruvato (2) pela fosfoenolpiruvato- carboxicinase. Cada uma dessas duas reações consome um fosfato de alta energia, sendo gastos, ao todo, duas dessas moléculas, por piruvato formado. Ao passo que na glicólise, a conversão de fosfoenolpiruvato em piruvato gerou apenas um ATP por piruvato. O segundo desviorefere-se à etapa de fosforilação da frutose-6- fosfato pela fosfofrutocinase-1 (número 3 em azul na imagem acima). A geração de frutose-6-fosfato a partir de frutose-1,6-bifosfato é catalisada por uma enzima diferente, a frutose-1,6-bifosfatase. Por �im, o terceiro contorno é a reação �inal da gliconeogênese, a desfosforilação da glicose-6-fosfato para formar glicose (número 4 em azul na imagem acima). O inverso da reação da hexocinase e catalisado pela glicose-6- fosfatase. Como visão geral, é possı́vel converter piruvato em moléculas de glicose novamente, porém esse processo é desfavorável energeticamente para a célula, em outras palavras, a célula gasta mais energia para realizar a gliconeogênese, do que efetivamente a glicólise forneceu. Como dito anteriormente, além do piruvato há outros precursores para sı́ntese de glicose. De acordo com Marzzoco (2015) esses compostos podem ser de diferentes tipos. Clique nas abas e con�ira! Acompanhe, na imagem abaixo, os precursores não glicı́dicos na gliconeogênese hepática. Figura 5 - Etapas da glicólise (setas pretas) e gliconeogênese (setas azuis). As setas vermelhas mostram as necessidades energéticas da gliconeogênese. Fonte: Harvey (2015, p. 121). Glicerol O glicerol produto da quebra de triacilglicerol nos adipócitos é utilizado pelo fı́gado para produzir glicose. A fosforilação do glicerol pela glicerol-cinase, seguida pela oxidação do carbono central pela glicerol 3-fosfato-desidrogenase, gera di- hidroxiacetona-fosfato, intermediário da gliconeogênese no fı́gado. Lactato O lactato produzido pela glicólise nos eritrócitos ou no músculo em anaerobiose (por exemplo, em exercı́cio vigoroso) é transportado pela corrente sanguı́nea até o fı́gado, em um processo conhecido como Ciclo de Cori. No citoplasma dos hepatócitos ele é convertido em piruvato pela ação da lactato-desidrogenase. O piruvato produzido segue a via gliconeogênica descrita acima. Aminoácid os No fı́gado, grande parte dos aminoácidos são convertidos em piruvato e outros intermediários da gliconeogênese. Um dos mais importantes é a alanina, que através da remoção de seu grupo amino (desaminação), no interior das mitocôndrias dos hepatócitos, produz diretamente moléculas de piruvato. Este então segue a via gliconeogênica descrita acima. Outro aminoácido relevante para gliconeogênese é a glutamina, que é convertida até oxalacetato e posteriormente em fosfoenolpiruvato. O catabolismo de aminoácidos será melhor detalhado nas próximas seções. 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 16/46 A seguir, leia o caso clı́nico e compreenda na prática o que foi estudado até o momento. Figura 6 - Precursores não glicı́dicos na gliconeogênese hepática. Lactato é convertido em piruvato; muitos aminoácidos são catabolizados, direta ou indiretamente, em piruvato; glicerol e convertido em Di- hidroxiacetona-fosfato. Fonte: Elaborada pelo autor (2019). 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 17/46 CASO Homem de 56 anos vai à consulta médica de acompanhamento do diabetes tipo 1 que tem desde os 12 anos e sempre foi tratada com o uso de insulina. Relata sentir tremores e sudorese às 2 horas da madrugada com açúcar sanguıńeo muito baixo, na ordem de 40 mg/dL. Sua esposa relata sentir um hálito com leve cheiro de acetona. Entretanto, nota que pela manhã, ao levantar em jejum, os nıv́eis de açúcar no sangue estão altos, mesmo sem ingerir qualquer carboidrato. Seu médico explicou que os nıv́eis altos de açúcar ao amanhecer eram o resultado de processos bioquıḿicos em resposta à hipoglicemia noturna. Essa pessoa apresenta a manifestação clássica do efeito de Somogyi, que se constitui em hiperglicemia ao acordar em jejum como resposta à hipoglicemia na madrugada e ao amanhecer. A recomendação médica foi que o paciente reduzisse a dose noturna de insulina que tomava e monitorasse a glicemia na madrugada e ao acordar, pela manhã, por alguns dias. A conduta surtiu efeito positivo, com melhora dos sintomas. Feedback: O fıǵado é um órgão altamente especializado que desempenha um papel central no metabolismo da glicose do corpo todo. Durante os perıódos de grande disponibilidade de glicose, o fıǵado aumenta a captação, o armazenamento e a utilização de glicose. De maneira oposta, quando a disponibilidade de glicose exógena diminui (por exemplo, durante o jejum noturno) o fıǵado aumenta a produção de glicose, auxiliando a manter os nıv́eis sanguıńeos de glicose. O fıǵado usa dois mecanismos para a produção endógena de glicose, a mobilização do glicogênio intracelular (glicogenólise) e a sıńtese de glicose a partir de outros precursores que não os carboidratos (gliconeogênese). A insulina é secretada pelas células β das ilhotas do pâncreas durante perıódos de alta disponibilidade de glicose. Esse hormônio peptıd́ico ajuda a diminuir a glicose sanguıńea para a faixa normal ao estimular a glicogênese e a glicólise e, ao mesmo tempo, inibir a glicogenólise e a gliconeogênese. Por outro lado, a secreção de glucagon pelas células α das ilhotas do pâncreas é estimulada quando a disponibilidade de glicose sanguıńea reduz. O glucagon tem como alvo primário o metabolismo hepático da glicose, aumentando a produção de glicose (via gliconeogênese e glicogenólise). Além disso, da mesma maneira que o glucagon, a secreção de adrenalina aumenta durante os perıódos de baixa disponibilidade de glicose. O diabetes tipo 1 é causado por uma de�iciência severa ou total na produção de insulina. Essa doença, também conhecida como diabetes de aparecimento precoce, é geralmente causada por destruição autoimune de células β pancreáticas. A falta de insulina, somada aos nıv́eis elevados de glucagon e adrenalina, leva a uma alta taxa de liberação de glicose pelo fıǵado, mantida pela β-oxidação dos ácidos graxos. Essa alta taxa de β-oxidação de ácidos graxos resulta em uma produção excessiva de corpos cetônicos e cetoacidose subsequente. O tratamento do diabetes tipo 1 envolve o monitoramento regular dos nıv́eis de glicose no sangue e a administração de insulina. A terapia com insulina associada com o jantar leva a uma diminuição nos nıv́eis de glicose no sangue. Essa baixa glicemia dispara a liberação dos hormônios contrarregulatórios, glucagon e adrenalina, estimulando assim a produção hepática de glicose. Inadvertidamente, isso resulta em nıv́eis elevados de glicose ao amanhecer (o efeito Somogyi). 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 18/46 Nossos estudos sobre a glicólise e gliconeogênese nos permitiram até agora saber que nosso organismo é capaz de produzir ATP e coenzimas (NADH), a partir da glicólise. Além disso, aprendemos que, em situações de jejum, nosso organismo é capaz de sintetizar novas moléculas de glicose a partir de outros compostos. No próximo tópico, vamos dar inı́cio ao estudo sobre o Ciclo de Krebs e Fosforilação Oxidativa. Esse conjunto de reações permite a oxidação completa de carboidratos, aminoácidos e lipı́dios. Antes de seguirmos em frente, vamos testar seu conhecimento sobre os princı́pios gerais da gliconeogênese? Para tanto, realize a atividade proposta abaixo. Para dar sequência aos seus estudos, �ique atento ao tema a seguir: Cliclo de Krebs e cadeia respiratória. Fonte: adaptado de TOY, E., C. et al. Casos Clínicos em Bioquímica. 3 ed. AMGH, 2016, p. 227-233. 3.2. Ciclo de Krebs e Cadeia respiratória Quando nossas células estão em condições aeróbias e oxidam os combustı́veis orgânicos dióxido de carbono e água, a glicólise é apenas a primeira etapa para a oxidação completa da glicose.Quando nessas condições, o piruvato produzido pela glicólise é convertido em Acetil-CoA (um composto central no metabolismo energético) e posteriormente oxidado a H O e CO com consumo de Oxigênio. A esse processo damos o nome de Respiração Celular. Veremos que o primeiro passo para continuação da oxidação do piruvato é o Ciclo de Krebs, também chamado de Ciclo do A� cido Cı́trico. Segundo Nelson (2014), a respiração celular acontece em três estágios principais: No primeiro, moléculas combustı́veis orgânicas – glicose, ácidos graxos e alguns aminoácidos – são oxidadas para produzirem fragmentos de dois carbonos, na forma do grupo acetil da acetil- coenzima A (acetil-CoA). No segundo estágio, os grupos acetil entram no ciclo do ácido cı́trico, que os oxida enzimaticamente a CO ; a energia liberada é conservada nos transportadores de elétrons reduzidos NADH e FADH . No terceiro estágio da respiração, estas coenzimas reduzidas são oxidadas, doando prótons (H ) e elétrons. Os elétrons são transferidos ao O – o aceptor �inal de elétrons – por meio de uma cadeia de moléculas transportadoras de elétrons, conhecida como cadeia respiratória (NELSON, 2014, p. 633). 2 2 2 2 + 2 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 19/46 O piruvato, produto �inal da glicólise, deve ser transportado para o interior da mitocôndria antes que possa entrar no Ciclo de Krebs. Esse transporte é efetuado por um transportador especı́�ico para o piruvato, que o ajuda a cruzar a membrana mitocondrial interna. Uma vez na matriz, o piruvato é convertido em acetil-CoA pelo complexo da piruvato-desidrogenase, um complexo formado por três enzimas (HARVEY, 2015). A ação do complexo enzimático ocorre na membrana interna da mitocôndria e a conversão de Piruvato em Acetil-CoA libera um CO e um NADH num processo de descarboxilação. Figura 7 - Processo geral da respiração celular, pelo qual, macromoléculas são oxidadas totalmente em CO2 e H2O, com produção de ATP. Entre parênteses está destacado o número de carbonos de cada composto e em vermelho as etapas de saı́da de NADH/FADH2. Fonte: Adaptada de Nelson (2014, p. 634). 2 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 20/46 Agora, assista a videoaula abaixo e amplie seus conhecimentos sobre o tema. Veremos nos próximos tópicos que os lipı́dios também podem ser convertidos em Acetil-CoA, e o mesmo ocorre com alguns aminoácidos. Outros aminoácidos vão dar origem a compostos intermediários do Ciclo de Krebs. Por enquanto, vamos focar nas reações que ocorrem no Ciclo de Krebs, e posteriormente vamos abordar de forma integrada como os diferentes combustı́veis orgânicos alimentam o ciclo. Figura 8 - Reação de conversão realizada pelo complexo da piruvato desidrogenase. Destacado em rosa são os átomos removidos do piruvato que formam o CO2. Em verde, Coenzima A que irá se ligar ao Acetil (molécula de dois carbonos que resulta da remoção de CO2), formando Acetil-CoA. Fonte: Adaptada de Nelson (2014, p. 634). 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 21/46 Agora que já sabemos de onde vem o composto de partida para o Ciclo de Krebs, vamos explorar um pouco mais as reações que permitem a oxidação completa do Acetil-CoA? Fique atento! 3.2.1. Ciclo de Krebs O Ciclo de Krebs, ou Ciclo do A� cido Cı́trico, ocorre nas mitocôndrias e se inicia pela condensação do acetil (2 carbonos), proveniente do Acetil-CoA, com oxaloacetato (4 carbonos) para formar citrato (6 carbonos). Essa reação é catalisada pela enzima citrato-sintase e possui caráter irreversı́vel (RODWELL, 2017). VOCÊ QUER LER? Um cofator importante para o complexo da piruvato-desidrogenase na conversão de piruvato em Acetil-CoA é a Tiamina Pirofosfato (TPP). Ele é sintetizado a partir da vitamina tiamina (vitamina B1). De�iciências de tiamina na dieta podem levar a uma doença grave chamada de Beribéri. Entre as causas associadas à de�iciência de tiamina, destaca-se a alimentação monótona, com base no consumo de arroz polido, e consumo excessivo de bebidas alcoólicas. Os sinais e sintomas que inicialmente são leves como insônia, nervosismo, irritação, fadiga, perda de apetite e energia e evoluem para quadros mais graves como paralisia, edema de membros inferiores, di�iculdade respiratória e cardiopatia. Para saber mais, leia o texto De�iciência de Tiamina como Causa de Cor Pulmonale Reversıv́el. Disponıv́el em: <http://www.scielo.br/pdf/abc/v91n1/a13v91n1.pdf (http://www.scielo.br/pdf/abc/v91n1/a13v91n1.pdf )>. http://www.scielo.br/pdf/abc/v91n1/a13v91n1.pdf http://www.scielo.br/pdf/abc/v91n1/a13v91n1.pdf 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 22/46 Após a formação do citrato, ocorre uma série de reações que levam a liberação de dois CO , três NADH, um ATP e um FADH . Após essa sequência de reações forma-se novamente um oxaloacetato, pronto para ser condensado novamente com um novo Acetil-CoA. O processo é um tanto quanto lógico, visto que um composto com quatro carbonos (oxaloacetato) se condensa com outro, de dois carbonos (Acetil-CoA), formando um composto de seis carbonos (citrato). Então, após duas descarboxilações, volta a se formar um composto com quatro carbonos novamente (oxaloacetato). Figura 9 - Reação de condensação entre Acetil-CoA e Oxaloacetato formando Citrato, primeiro composto do Ciclo de Krebs. Reação catalisada pela enzima citrato-sintase, consumindo uma molécula de água e liberando a coenzima A para o meio. Fonte: Nelson (2014, p. 640). 2 2 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 23/46 Navegue pelo objeto interativo abaixo e aprenda mais sobre o Ciclo de Krebs. Con�ira! Chegamos então ao �inal do Ciclo de Krebs, no qual a partir da oxidação de um Acetil-CoA pode-se obter, 3 NADH, 1 FADH , 1 ATP e 2 CO . O ATP poderá ser utilizado como fonte de energia pela célula, já as moléculas de NADH e FADH serão posteriormente direcionados para a cadeia respiratória, para sı́ntese de mais moléculas de ATP. Agora, vejamos se você compreendeu os conceitos mais importantes sobre o Ciclo de Krebs. Para isso, resolva com atenção a atividade proposta na sequência. Pudemos veri�icar até agora a capacidade de nossas células em metabolizar carboidratos, especialmente, a glicose, em uma via metabólica chamada de glicólise. O piruvato, produto da glicólise, é convertido em Acetil- CoA que avança para o Cliclo de Krebs e é totalmente oxidado. Não devemos esquecer que pela glicólise são produzidas duas moléculas de piruvato. Portanto, a partir de uma glicose, conseguimos “girar” o Ciclo de Krebs duas vezes. Então, temos que: Da glicólise: são liberados 2 ATPs (4 liberados, menos 2 consumidos) e 2 NADH. Da descarboxilação do piruvato e síntese de acetil-CoA: 2 NADH (uma para cada piruvato). Do Ciclo de Krebs (2 voltas): 2 ATP (ou GTP),6 NADH,2 FADH . No total, a partir de uma glicose: 4 ATP, 10 NADH, 2 FADH . Iniciamos este capı́tulo enfatizando a importância do ATP como fonte de energia para as células. Fica claro que, até agora, foram produzidas moléculas de ATP efetivamente, certo? Entretanto, para onde se destinam e qual a �inalidade das coenzimas oxidadas NADH e FADH ? VOCÊ O CONHECE? Você sabe por que o Ciclo de Krebs recebe esse nome? Ele se deve a Hans Krebs, médico e bioquıḿico alemão (1900-1981). Ele foi o grande responsável por desvendar a sequência das reações do Ciclo do A� cido Cıt́rico. Essa descoberta lhe rendeu o prêmio Nobel de Fisiologiaou Medicina em 1953 (compartilhado com Fritz Lipmann). Para conhecer mais sobre a história e os feitos desse cientista fantástico acesse: <https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1953/krebs/biographical/ (https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1953/krebs/biographical/)>. 2 2 2 • • • 2 • 2 2 https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1953/krebs/biographical/ https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1953/krebs/biographical/ 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 24/46 Elas são direcionadas para a cadeia respiratória, nas mitocôndrias. Veremos que a partir de uma molécula de glicose poderemos aumentar o número de moléculas de ATP produzidas para algo em torno de 30 ATPs, muito mais do que os 4 ATPs já produzidos. Fique atento ao próximo tema. 3.2.2. Cadeia respiratória A Cadeia Respiratória é basicamente a combinação de eventos que ocorrem em dois processos: Cadeia transportadora de elétrons e Fosforilação oxidativa. A Fosforilação oxidativa é precedida pela transferência de elétrons provenientes de NADH e FADH através da Cadeia transportadora de elétrons. Basicamente, para que a Fosforilação oxidativa ocorra é necessária uma força, chamada de próton-motriz. Essa força só é formada graças a Cadeia de transportadora de elétrons. Vamos recordar que um átomo de hidrogênio é composto por um próton (no núcleo com carga positiva) e um elétron (na periferia com carga negativa). Aquilo que chamamos de H , na verdade, não é um átomo de hidrogênio completo, mas, sim, apenas o próton. E� possı́vel, também, que o hidrogênio exista na forma de um ı́on com carga negativa, chamado de hidreto, que possui um próton e dois elétrons (:H ). A maior parte dos elétrons transportados pela cadeia de transporte de elétrons é proveniente da doação dos elétrons de ı́ons hidretos (:H ) removidos do NADH, que ao perderem seus dois elétrons, se tornam prótons (H ), e são bombeados para fora da matriz mitocondrial. Esse bombeamento de prótons gera uma diferença de concentração entre a matriz e o espaço intermembrana. Isso faz com que os H retornem a matriz por meio de canais especı́�icos, fornecendo a energia necessária para a sı́ntese de ATP. Vamos entender melhor como esses processos ocorrem? Cadeia transportadora de elétrons: é formada por um conjunto de quatro complexos de transporte inseridos na membrana interna da mitocôndria. Os complexos I e II catalisam a transferência de elétrons para a ubiquinona (coenzima Q, ou apenas “Q”) a partir de dois doadores de elétrons diferentes: NADH (complexo I) e succinato-FADH (complexo II). O complexo III carrega elétrons da ubiquinona reduzida para o citocromo c, e o complexo IV completa a sequência, transferindo elétrons do citocromo c para o O . Os complexos, I, III e IV, além de funcionarem como transportadores de elétrons, atuam também como bombeadores de prótons (H+) 2, + - Figura 10 - Hidrogênio na sua forma atômica neutra (ao centro) e ı́on hidreto (a direita). Fonte: Naming [s.d]. - + + • 2 2 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 25/46 da matriz mitocondrial para o espaço intermembrana (RODWELL, 2017). Fosforilação oxidativa: De acordo com o modelo quimiosmótico proposto por Peter Mitchell, [...] a energia eletroquı́mica inerente à diferença de concentração de prótons e a separação de cargas através da membrana mitocondrial interna – a força próton-motriz – impulsiona a sı́ntese de ATP, à medida que os prótons �luem passivamente de volta à matriz, por meio de um poro para prótons na ATP-sintase (NELSON, 2014, p. 747). A ATP-sintase (também chamada de complexo F F ) é a enzima que catalisa a formação de ATP, a partir de ADP + Pi. Em outras palavras, os prótons que foram bombeados para o espaço intermembrana, retornam para a matriz. Durante sua passagem pela ATP-sintase, acoplada a membrana interna, eles fornecem a energia livre necessária para sı́ntese de moléculas de ATP. • 0 1 VOCÊ QUER LER? Os compostos de cianeto são utilizados em diferentes setores da indústria, sendo a maior parte utilizada na produção de tecidos, plásticos e fármacos. Uma pequena parte também é utilizada na indústria de mineração. Pode ser quimicamente sintetizado, mas também é encontrado em plantas naturalmente! Em 1924, um composto a base de cianeto, chamado de Zyklon B, foi desenvolvido, inicialmente utilizado como pesticida. Porém, esse composto passou a ser utilizado como arma quıḿica em campos de concentração na Alemanha Nazista. O cianeto bloqueia a cadeia transportadora de elétrons, podendo levar a morte indivıd́uos expostos a elevadas concentrações desse composto. Leia o texto A avaliação dos efeitos tóxicos do cianeto e do tiocianato no período perinatal. Estudo em ratos, e aprenda mais sobre esse composto. Disponıv́el em: <http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/10/10133/tde-21052007- 171727/publico/Altair_Benedito_Sousa.pdf (http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/10/10133/tde-21052007- 171727/publico/Altair_Benedito_Sousa.pdf )>. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/10/10133/tde-21052007-171727/publico/Altair_Benedito_Sousa.pdf http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/10/10133/tde-21052007-171727/publico/Altair_Benedito_Sousa.pdf http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/10/10133/tde-21052007-171727/publico/Altair_Benedito_Sousa.pdf http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/10/10133/tde-21052007-171727/publico/Altair_Benedito_Sousa.pdf 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 26/46 Na �igura a seguir, podemos observar que o inı́cio da Cadeia transportadora de elétrons ocorre com a transferência de elétrons para o Complexo I e Complexo II pelo NADH e FADH , respectivamente. NADH e FADH são provenientes do Ciclo de Krebs e outros processos metabólicos, como a glicólise. Concomitante a essa transferência há bombeamento de H para fora da matriz, a partir dos Complexos I, III e IV. Esses primeiros elétrons que chegam ao Complexo I e II são transferidos para a Coenzima Q, que, por sua vez, através do Complexo III os transfere para o citocromo c. Por �im, o citocromo c transfere esses elétrons ao Complexo IV. Em conjunto com átomos de oxigênio (que será o aceptor �inal desses elétrons) e H da matriz mitocondrial, esses elétrons irão possibilitar a sı́ntese de moléculas de H O no Complexo IV. Os H bombeados para o espaço intermembrana, irão retornar pelo poro da ATP-sintase e fornecer a energia necessária para a sı́ntese de ATP a partir de ADP + Pi, num processo chamado de Fosforilação Oxidativa. 2 2 + Figura 11 - Etapas da Cadeia transportadora de elétrons e Fosforilação oxidativa. As setas indicam o �luxo de transporte dos elétrons e o bombeamento de H+. Fonte: Oxidative [s.d.] + 2 + 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 27/46 A força próton-motriz, gerada a partir da oxidação completa de uma molécula de glicose durante a glicólise aeróbica é su�iciente para formar muitas moléculas de ATP. A razão entre ATP sintetizado é de cerca de 2,5 quando os elétrons entram na cadeia respiratória pelo complexo I, e 1,5 quando os elétrons entram através da ubiquinona (Complexo III) (NELSON, 2014). Sendo assim cada NADH rende 2,5 ATP e cada FADH rende 1,5 ATP. Retomando o raciocı́nio da quantidade de ATP gerado por molécula de glicose completamente oxidada, temos que: VOCÊ QUER VER? Assista ao vıd́eo Electron Transport Chain [HD Animation] e visualize o processo de transporte dos elétrons pelos complexos I – IV e a sıńtese de ATP (fosforilação oxidativa). Disponıv́el em:<https://www.youtube.com/watch?v=rdF3mnyS1p0 (https://www.youtube.com/watch?v=rdF3mnyS1p0)>. 2 https://www.youtube.com/watch?v=rdF3mnyS1p0 https://www.youtube.com/watch?v=rdF3mnyS1p0 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 28/46 Nessa seção, você aprendeu que a partir dos doadores de elétrons iniciais NADH e FADH gera-se um �luxo de elétrons pelos complexos I, II, III e IV, o que resulta no bombeamento de prótons através da membrana mitocondrial interna. Esse bombeamento torna a matriz mitocondrial alcalina em relação ao espaço intermembrana (ácido, rico em prótons H ). Esse gradiente de prótons fornece a energia (na forma de força próton-motriz) para a sı́ntese de ATP a partir de ADP e Pi pela ATP-sintase. Figura 12 - Quantidade de ATP formado na oxidação da glicose e seus intermediários. Fonte: Elaborado pelo autor (2018). 2 + 3.3. Metabolismo de lipídios e corpos cetônicos Até o momento, vimos que a glicose é um importante combustı́vel energético para nosso organismo. Através dela, nossas células realizam a glicólise, o ciclo de Krebs e a fosforilação oxidativa, produzindo ATP. Entretanto, além da glicose, é possı́vel produzir ATP, a partir dos ácidos graxos. Os ácidos graxos são os lipı́dios mais abundantes em nosso organismo. Eles são estocados na forma de triacilglicerol em nossos adipócitos. Os ácidos graxos são formados por longas cadeias carbônicas e por meio da união de três ácidos graxos à uma molécula de glicerol, forma-se o triacilglicerol. Em alguns órgãos como coração, os ácidos graxos fornecem até 80% da energia necessária para as células (NELSON, 2014). A partir dos ácidos graxos, podemos obter Acetil-CoA, e ele será oxidado no Ciclo de Krebs. O processo pelo qual os ácidos graxos são convertidos em Acetil-CoA chama-se β-oxidação. Além disso, o Acetil-CoA obtido pode ser convertido em outros compostos, como os corpos cetônicos. Em condições de baixas concentrações de glicose no sangue, e sı́ntese de corpos cetônicos pode suprir parte da necessidade cerebral por glicose. A β-oxidação e o metabolismo de corpos cetônicos serão nossos próximos objetos de estudo. Agora, assista a videoaula abaixo e amplie seus conhecimentos sobre o tema. 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 29/46 Antes de iniciarmos o conteúdo de metabolismo dos ácidos graxos, vamos explorar como eles são digeridos, absorvidos e transportados em nosso organismo. 3.3.1. Digestão, absorção e transporte de lipídios Basicamente, há três formas de obtenção de lipı́dios pelas células: obtêm gorduras na dieta, mobilizam gorduras armazenadas em tecidos especializados (tecido adiposo, consistindo em células chamadas adipócitos) e, no fı́gado, convertem o excesso dos carboidratos da dieta em gordura para a exportação aos outros tecidos (NELSON, 2014). A absorção de lipı́dios provenientes da dieta se inicia no intestino, com ação dos sais biliares e enzimas lipases que convertem as gorduras da dieta (na forma de triacilgliceróis) em glicerol e ácidos graxos livres para serem absorvidos. Eles são absorvidos e convertidos novamente em triacilgliceróis, incorporados em quilomı́crons e transportadas para diversos órgãos pela corrente sanguı́nea e sistema linfático. Ao chegar aos tecidos periféricos, enzimas lipase presentes nos capilares sanguı́neos, converte os triacilgliceróis em ácidos graxos livres e glicerol, para que os mesmos sejam absorvidos pelas células. Nas células, eles podem ser consumidos na produção de energia (como nos músculos) ou serem estocados na forma de triacilgliceróis novamente (como nos adipócitos). A imagem abaixo ilustra esse processo. 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 30/46 Em situações de jejum, ou quando a glicemia começa a baixar, há liberação do hormônio pancreático glucagon. Nesse cenário, há ativação de enzimas lipases no tecido adiposo (hormônio sensı́veis) que fazem a quebra de triacilgliceróis em ácidos graxos livres e glicerol. Os ácidos graxos são liberados do adipócito para a corrente sanguı́nea, onde se liga a proteı́na plasmática albumina. Ligados a essa proteı́na solúvel os ácidos graxos são transportados aos órgãos como coração e músculo. Já o glicerol, liberado pela ação das lipases é utilizado como precursor da gliconeogênese no fı́gado. Aproximadamente 95% da energia disponı́vel nos triacilgliceróis se concentra nos ácidos graxos e apenas 5% no glicerol (NELSON, 2014). Uma vez transportados pela membrana plasmática, os ácidos graxos livres (provenientes da dieta ou dos estoques do tecido adiposo) chegam ao citoplasma das células. Entretanto, as enzimas necessárias para a degradação de ácidos graxos nas células encontram-se nas mitocôndrias. Os ácidos graxos mais comuns em nosso organismo possuem 16 átomos de carbono ou mais (ex. ácido palmı́tico, 16 carbonos, e ácido esteárico, 18 carbonos), e não conseguem passar pela membrana mitocondrial livremente. Portanto, se faz necessária uma série de reações através do Ciclo da Carnitina. O ácido graxo é inicialmente convertido em Acil-CoA graxo. Nesse processo, o ácido graxo é ligado a uma coenzima A pela ação da enzima acil-coa sintetase com consumo de 1 ATP. Figura 13 - Digestão, absorção e transporte de lipı́dios provenientes da dieta. Fonte: Nelson (2014, p. 668). 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 31/46 A membrana interna da mitocôndria é impermeável a Acil-CoA graxo, por isso através da ligação a uma molécula de Carnitina, ele consegue ser transportado para a matriz mitocondrial, voltando a sua forma original de Acil-CoA graxo posteriormente, liberando a Carnitina para realizar outros transportes. Sendo assim a Carnitina desempenha papel essencial no metabolismo dos ácidos graxos para produção de energia (MARZZOCO, 2015). Uma vez na matriz mitocondrial pode-se iniciar a β-oxidação, na qual a cadeia do ácido graxo (agora acil-CoA graxo) poderá ser oxidada. Figura 14 - Conversão de um A� cido Graxo em um Acil-CoA graxo. Fonte: Construı́da pelo autor, adaptada de Baggot [s.d]. VOCÊ SABIA? Você sabia que algumas pessoas utilizam suplementos a base de Carnitina para perder peso? Será que isso é e�iciente? A Carnitina é um composto produzido pelo próprio organismo, a partir dos aminoácidos lisina e metionina, sendo considerado um micronutriente não essencial. Alguns indivıd́uos fazem uso de suplementos a base de Carnitina (L- carnitina ou derivados), buscando acelerar a perda de peso ou melhorar desempenho esportivo. De acordo com a International Society of Sports Nutrition, em uma publicação recente (KERKSICK, 2018), esse assunto ainda é um tanto quanto controverso no meio cientı�́ico, não havendo consenso entre o real benefıćio da suplementação de Carnitina para perda de peso e/ou melhora no rendimento esportivo. Leia o texto que se encontra no link abaixo e saiba mais sobre esse assunto e sobre outros suplementos comumente utilizados por praticantes de esportes! Disponıv́el em: <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6090881/ (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6090881/)>. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6090881/ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6090881/ 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 32/46 A β-oxidação, ou Ciclo de Lynen, é um processo de oxidação dos ácidos graxos que ocorre na matriz mitocondrial. Muitos tecidos utilizam ácidos graxos como fonte de produçãode energia na forma de ATP, como, por exemplo, os músculos e coração. O Cérebro e as hemácias não utilizam lipı́dios, fazendo uso exclusivamente de carboidratos para produção de energia. Graças ao transporte, com auxı́lio de Carnitina, o Acil-CoA, agora no interior da matriz mitocondrial, sofrerá uma série de reações que culminarão com a formação de múltiplas moléculas de Acetil-coA, com liberação de FADH e NADH. Segundo Marzzoco (2015, p. 198), “Esta via consta de uma série cı́clica de quatro reações, ao �inal das quais a acil-CoA é encurtada de dois carbonos, que são liberados sob a forma de Acetil-CoA, com produção de FADH e NADH”. O objeto abaixo você poderá aprender outros aspectos relacionados ao Ciclo de Lynen ou β-oxidação. Fique atento e con�ira! Sendo assim, perceba que, em cada volta do ciclo de Lynen, há produção de 1 FADH , 1 NADH, 1 acetil-CoA e 1 acil-CoA com dois átomos de carbono a menos que o ácido graxo original. Sempre que o número de átomos de carbono do ácido graxo for par, a última volta do ciclo de oxidação inicia-se com uma acil-CoA de quatro carbonos. Neste caso, são produzidas 2 acetil-CoA (além de FADH e NADH). O número de voltas percorridas por um Acil-CoA graxo dependerá do número de carbonos que ele possui. Os ácidos graxos com número ı́mpar de carbonos (menos comuns em nossa dieta) possuem um mecanismo extra para a última volta no clico de Lynen, quando restam 3 carbonos na cadeia. Para aprender mais sobre o tema, sugerimos que você consulte as indicações de leitura deste tópico. Vamos tomar como exemplo o ácido palmı́tico, um ácido graxo de 16 carbonos. São necessárias sete voltas no ciclo, gerando um total de 8 Acetil-CoA, já que na última volta formam-se duas moléculas de Acetil-CoA. Assumindo que no Ciclo de Krebs sejam formados 3 NADH, 1 FADH e 1 ATP por Acetil-CoA oxidado, nesse caso, temos o resultado �inal apresentado no quadro abaixo. Fica evidente que o rendimento em mols de ATP é muito maior a partir de uma molécula de ácido graxo do que a partir de uma molécula de glicose. Mesmo que esse ácido graxo tivesse apenas 6 carbonos (o mesmo número de carbonos que a glicose) ainda assim, seriam produzidos mais ATPs que os 32 produzidos pela oxidação total da glicose. 2 2 2 2 2 Quadro 1 - Quantidade de ATP formado na oxidação (β-oxidação e ciclo de Krebs) do ácido palmı́tico e seus intermediários. Fonte: Elaborado pelo autor (2018). 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 33/46 A seguir, você estudará acerca da sı́ntese de ácidos graxos. Além disso, também conhecerá sobre o metabolismo de corpos cetônicos. Fique atento! 3.3.2 Síntese de ácidos graxos e Metabolismo de corpos cetônicos Como visto até agora, o Acetil-CoA é um composto chave nos processos metabólicos celulares. A partir dele é possı́vel produzir energia na forma de ATP, porém ele também pode ser utilizado para sı́ntese “de novo” de macromoléculas. De forma geral, a célula poderá se deparar com um excesso de Acetil-CoA em duas situações quase que opostas: 1) Quando ingerimos muito carboidrato e 2) quando estamos em jejum prolongado. 1. Ingestão elevado de carboidratos na dieta: em dietas muito ricas em carboidratos, a glicólise irá levar a produção de muitas moléculas de piruvato, que serão descarboxiladas a acetil-CoA e endereçadas ao ciclo de Krebs. Ao se unir com oxaloacetato, formam citrato em grande quantidade. O excesso de citrato por sua vez inibe a continuação do ciclo de Krebs, através da inibição das enzimas que participam do ciclo. Além disso, nessas condições há um balanço elevado de NADH e ATP nas células o que favorece esse processo. Com isso o excesso de citrato passa a ser deslocado para o citoplasma das células, onde é convertido em Acetil-CoA e então servirá como base para sı́ntese de ácidos graxos, alongando a cadeia de dois em dois carbonos (MARZZOCO, 2015). Esse processo de sı́ntese ocorre majoritariamente no fı́gado, e então os ácidos graxos são enviados ao tecido adiposo, pela corrente sanguı́nea, para serem armazenados na forma de triacilglicerol (gordura). O Acetil-CoA serve ainda como precursor para sı́ntese de colesterol. Ele é produzido em partes pelo nosso organismo e em partes obtido da dieta. Embora seja um componente importante para nosso organismo, altos ı́ndices de colesterol, especialmente o colesterol LDL, são associados a doenças cardiovasculares (SORAN, 2017). 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 34/46 2. Em caso de ingestão limitada de nutrientes, principalmente de carboidratos (como num estado de jejum prolongado ou em dietas restritivas), mediante a liberação do hormônio glucagon nosso corpo inicia um processo de lipólise (quebra dos triacilgliceróis acumulados na forma de gordura) e liberação acentuada de ácidos graxos livre. Nesse sentido, o metabolismo dos ácidos graxos se acelera, dada a alta disponibilidade desses compostos nas células. Nas mitocôndrias das células hepáticas, esse catabolismo acentuado de ácidos graxos, gera muitas moléculas de Acetil-CoA. Nessa situação, ocorre a conjugação de 3 Acetil-CoA em um composto chamado de Acetoacetato. Esse composto poderá ser exportado do fı́gado para corrente sanguı́nea, e ser utilizado como fonte de energia (sendo quebrado em acetil-CoA novamente) por outros órgãos como músculo e cérebro. Particularmente, o Acetoacetato é importante para o cérebro, pois, ele é produzido quando o organismo está em escassez de glicose, podendo ser uma forma alternativa de produção de energia para o sistema nervoso, já que esse não faz uso de lipı́dios. Do Acetoacetato, deriva a acetona, um composto volátil, eliminado na respiração. O acetoacetato e seus derivados (acetona e β-hidroxibutirato) são chamados de corpos cetônicos. Quando a produção de corpos cetônicos ultrapassa o aproveitamento pelos tecidos extra- hepáticos, estabelece-se uma condição denominada cetose, caracterizada por uma concentração elevada (até centenas de vezes maior do que a normal) de corpos cetônicos no plasma (cetonemia) e na urina (cetonúria), podendo levar a um quadro de cetoacidose e até a morte (MARZZOCO, 2015). Nesse tópico, você pôde entender melhor como funciona o metabolismo dos lipı́dios provenientes da dieta ou dos estoques corporais. Através da oxidação dos ácidos graxos é possı́vel produzir energia na forma de ATP. Além disso, nosso corpo é capaz de estocar lipı́dios, formados a partir de carboidratos da dieta e também Figura 15 - Mecanismo de sı́ntese de ácidos graxos a partir do excesso carboidratos da dieta. Fonte: Elaborada pelo autor (2018). 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 35/46 produzir corpos cetônicos em condição de jejum ou dieta restritiva. 3.4. Catabolismo de aminoácidos e ciclo da Ureia Além de carboidratos e lipı́dios, um terceiro grupo de macromoléculas se destaca do ponto de vista metabólico e energético. Os aminoácidos talvez sejam as moléculas mais versáteis em nosso organismo. Podem ser oxidados para produção de energia assim como as anteriores, e também são os blocos de construção de nossas proteı́nas, servem como precursores para diversos outros compostos. Além disso, funcionam como transportadores e sinalizadores celulares e auxiliam na manutenção e no equilı́brio osmótico/iônico nas células. Nosso organismo obtém a maior parte dos aminoácidos necessários a partir das proteı́nas da dieta, embora alguns sejam possı́veis de serem sintetizados de forma endógena a partir de outros compostos. Em geral, os aminoácidos são classi�icados como essenciais e não essenciais. Os aminoácidos essenciaissão aqueles que nosso organismo não é capaz de sintetizar, sendo seu consumo através da dieta nossa única forma de obtenção. A oxidação de aminoácidos para produção de energia ocorre em nossas células quando: Quadro 2 - Aminoácidos essenciais e não essenciais. Aqueles chamados de essenciais condicionais, são usualmente classi�icados como não essenciais. Fonte: Nelson (2014, p. 709). 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 36/46 o aporte de aminoácidos diário excede a necessidade de do organismo para síntese proteica; durante a “reciclagem” normal de proteínas celulares, quando proteínas que estão perdendo suas funções biológicas estão sendo degradadas e outras estão sendo sintetizadas, os aminoácidos remanescentes são oxidados para produzir energia; durante o jejum ou no diabetes não controlado, quando está indisponível uma fonte de carboidrato para ser oxidado, sendo utilizadas as proteínas celulares (NELSON, 2014). Agora, assista a videoaula abaixo e amplie seus conhecimentos sobre o tema. Nessa seção, iremos explorar principalmente o mecanismo de catabolismo dos aminoácidos para produção de energia. Veremos ainda que, apenas os esqueletos carbônicos dos aminoácidos são utilizados para produção de energia. Quando os aminoácidos são mobilizados para serem oxidados, o grupo amino deve ser removido da molécula, e será convertido em um composto excretado na urina, a ureia. 3.4.1. Digestão e absorção de aminoácidos O processo de digestão de proteı́nas da dieta se inicia no estômago com ação do ácido clorı́drico (HCl). Esse age como um potente agente desnaturante, desfazendo boa parte dos dobramentos internos das cadeias polipeptı́dicas, deixando-as mais susceptı́veis as próximas etapas de degradação. Ainda no estômago sob a ação da enzima pepsina inicia-se a quebra das ligações peptı́dicas e as proteı́nas são convertidas em peptı́deos curtos e aminoácidos livres. Conforme segue o trânsito gastrointestinal, ao chegar no intestino delgado, sob ação das enzimas tripsina, quimotripsina e outras enzimas lı́ticas, o processo de degradação de peptı́deos em aminoácidos se completa. Esse “pool” de aminoácidos pode então ser absorvido pelas células da mucosa intestinal, sendo direcionados para os capilares sanguı́neos. Independentemente do tipo ou fonte de proteı́nas consumidas, elas sempre serão totalmente hidrolisadas e os aminoácidos disponibilizados para o organismo somente na sua forma isolada (HARVEY, 2015). Uma vez na corrente sanguı́nea eles podem ser transportados para dentro das células. Para isso, existem sistemas de transporte especı́�icos para aminoácidos na membrana • • • 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 37/46 plasmática das células. Para que qualquer aminoácido possa ser utilizado com �inalidades oxidativas é necessário que seu grupo amino seja removido, sendo esta uma etapa obrigatória para o catabolismo de todos os aminoácidos. A seguir, vamos explorar um pouco mais esse mecanismo. 3.4.2. Transaminação e Desaminação A presença do grupo amino mantém os aminoácidos a salvo da degradação oxidativa. O primeiro passo no catabolismo da maioria dos aminoácidos é a transferência de seus grupos amino para o α-cetoglutarato, formando glutamato. Esse processo é chamado de Transaminação e é realizado por uma classe de enzimas chamadas de Transaminases. Cada enzima Transaminase possui especi�icidade para um ou poucos aminoácidos. Entretanto, todas, ao realizar a transferência do grupo amino, formam um α-cetoácido correspondente ao aminoácido utilizado (NELSON, 2014). Todas as Transaminases necessitam de um derivado da vitamina B6 (piridoxal-fosfato) como coenzima dessa reação. Os α-cetoácidos são moléculas bastante diversas, caracterizados pela presença de uma carbonila e um grupo ácido carboxı́lico. São exemplos de α-cetoácidos: Piruvato e Oxalacetato. Na imagem abaixo, temos uma representação geral desse processo: 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 38/46 Mais adiante, vamos apresentar quais os destinos possı́veis dos esqueletos carbônicos liberados na forma desses α-cetoácidos. Por enquanto, vamos focar no destino do grupo amino transferido ao α-cetoglutarato, que deu origem ao glutamato. Figura 16 - Transaminação de um aminoácido hipotético, formando glutamato e um α-cetoácido correspondente. Fonte: Harvey (2015, p. 250). 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 39/46 Como descrito anteriormente, os grupos amino da maioria dos aminoácidos são, no �inal, afunilados na sı́ntese de glutamato, por meio de transaminação com o α-cetoglutarato. O glutamato sofre uma desaminação oxidativa �inal, que nada mais é do que a remoção do grupo amino, numa reação catalisada pela enzima glutamato-desidrogenase. Essa desaminação forma novamente o α-cetoglutarato, que poderá ser novamente utilizado para a reação de transaminação com outros aminoácidos. Essa desaminação culmina com a produção de uma molécula de amônia livre (NH ). A amônia produzida nos tecidos extra-hepáticos é transportada até o fı́gado, onde será convertida em ureia, que é a principal forma de eliminação dos grupos amino através da urina (HARVEY, 2015). 3.4.3. Ciclo da Ureia A conversão de amônia em ureia ocorre no fı́gado, em parte no citoplasma, em parte na mitocôndria da célula hepática, por um processo chamado de Ciclo da Ureia. Resumidamente, a amônia combina-se com bicarbonato (HCO ) formando um composto chamado de carbamoil-fosfato, em uma reação quı́mica que consome 2 ATP. Por sua vez, o carbamoil-fosfato combina-se com ornitina, formando citrulina. A partir da citrulina ocorrem diversas reações quı́micas, que culminam com a liberação de ureia e formação de nova molécula de ornitina (recomeçando o ciclo). Na imagem a seguir, podemos observar as reações gerais do ciclo da ureia: VOCÊ QUER LER? As Transaminases são enzimas intracelulares. A presença de nıv́eis plasmáticos elevados de aminotransferases indica lesão em células ricas nessas enzimas. Por exemplo, traumas fıśicos ou processos patológicos podem causar lise celular, resultando na liberação de enzimas intracelulares para o sangue. Duas aminotransferases – AST (alanina aminotransferase) e ALT (aspartato aminotransferase) – são de especial valor diagnóstico quando aparecem no plasma, sendo úteis no diagnóstico de doenças hepáticas, infarto do miocárdio e doenças musculares. Acesse o link e saiba mais: <https://lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/26834/000758693.pdf (https://lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/26834/000758693.pdf )>. 4 + 3 - https://lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/26834/000758693.pdf https://lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/26834/000758693.pdf 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 40/46 Na �igura, a numeração indica a ação das enzimas (1) carbamoil-fosfato sintetase I e (2) ornitina transcarbamoilase, ambas encontradas nas mitocôndrias, e (3) argininossuccinato sintetase, (4) argininossuccinato liase e (5) arginase, enzimas citoplasmáticas. Como podemos observar, ocorre o Figura 17 - Ciclo da ureia. Após a ligação de uma amônia (NH4+) e um bicarbonato (HCO3-), forma-se carbamoil-fosfato, que então se combina com ornitina, formando citrulina. Após diversas reações quı́micas, libera-se uma ureia. Fonte: Marzzoco (2015, p. 226). 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html#41/46 transporte mediado por translocases da ornitina e da citrulina entre o citoplasma e o interior das mitocôndrias, sendo o ciclo da ureia, um conjunto de reações que ocorrem em partes no citoplasma, e em partes na mitocôndria. 3.4.4. Destino dos esqueletos carbônicos dos aminoácidos Em conjunto os 20 α-cetoácidos produzidos a partir da transaminação dos 20 aminoácidos, podem convergir na produção de 6 produtos, entre eles Acetil-CoA, Piruvato, Oxaloacetato e outros intermediários do Ciclo de Krebs. Nesse ponto, eles podem ser consumidos e oxidados totalmente a gás carbônico e água, ou então, podem ser convertidos em outras macromoléculas. Aqueles aminoácidos os quais seus esqueletos carbônicos (na forma de α-cetoácidos) se destinam a sı́ntese de Acetil-CoA são chamados de cetogênicos, pois posteriormente, esse Acetil-CoA vai dar origem a corpos cetônicos. Já aqueles aminoácidos os quais seus esqueletos carbônicos (na forma de α-cetoácidos) se destinam a sı́ntese de Piruvato, Oxaloacetato e outros intermediários do Ciclo de Krebs são chamado de glicogênicos, pois podem ser convertidos em glicose pela gliconeogênese (HARVEY, 2015). A imagem seguinte ilustra esse processo: 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 42/46 Sendo assim, comprova-se a versatilidade metabólica dos aminoácidos em nosso organismo. Elas podem ser muito mais do que apenas blocos de construção das proteı́nas. Vamos veri�icar se você foi capaz de compreender os principais conceitos associados ao metabolismo energético? Para tanto, realize a atividade proposta na sequência. Para complementar seus estudos sobre os Processos Biológicos Básicos, a seguir, você verá sobre a regulação hormonal do ciclo absortivo e de jejum. Fique atento! Figura 18 - Destino dos esqueletos carbônicos dos 20 aminoácidos. Fonte: Nelson (2014, p. 711). 3.5 Regulação hormonal do ciclo absortivo e de jejum Basicamente, os processos bioquı́micos vistos até agora são regulados a depender do momento que seu organismo se encontra: alimentado ou em jejum. 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 43/46 No estado alimentado, o hormônio predominante é a insulina. Nesse estado, a glicose advinda da alimentação é absorvida no intestino, e pela corrente sanguı́nea chega ao fı́gado onde poderá ser estocada na forma de glicogênio. Ainda no fı́gado, sob in�luência de insulina, essa glicose é degradada pela glicólise até piruvato, formando acetil-CoA, que será utilizado como substrato para sı́ntese de ácidos graxos (lipogênese), para serem estocados no tecido adiposo. Ainda, no estado alimentado, a glicose é o principal combustı́vel para o cérebro, e também é captada pelos músculos para produção de energia. Já os lipı́dios são absorvidos pelo sistema linfático e direcionado ao fı́gado. Então, serão acondicionados nas lipoproteı́nas (VLDL, LDL e HDL), transportadas pelo organismo até o tecido adiposo para serem estocados e até os músculos para serem consumidos como fonte de energia. Já os aminoácidos advindos da dieta, são absorvidos no intestino e via corrente sanguı́nea direcionados também ao fı́gado, utilizados principalmente como fonte para sı́ntese proteica. Em linhas gerais, sob in�luência da insulina, as vias glicólise, lipogênese e glicogênese (sı́ntese de glicogênio) estão ativadas. No estado de jejum, nosso organismo está sob in�luência do glucagon majoritariamente. Nesse momento, os estoques de lipı́dios e carboidratos são mobilizados. Os triacilgliceróis estocados no tecido adiposo sofrem lipólise intensa, liberando ácidos graxos livres na corrente sanguı́nea (lipólise). Esses ácidos graxos são captados pelos músculos para produção de energia e pelo fı́gado, onde sofrem beta-oxidação. No fı́gado, esse processo dá origem aos corpos cetônicos, posteriormente consumidos pelo cérebro e outros tecidos. Ainda, o Figura 19 - Metabolismo geral no estado Alimentado (absortivo). Fonte: Nelson, (2009, p. 931). 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 44/46 glicerol liberado da quebra dos triacilgliceróis, serve como precursor da gliconeogênese, bem como muito aminoácidos provenientes da proteólise endógena no fı́gado. Associado à gliconeogênese, a glicogenólise hepática (quebra de glicogênio) auxilia na manutenção da glicemia, a�im de garantir um aporte de glicose constante ao cérebro. Como observado, em linhas gerais, no estado de jejum, as vias da lipólise, da gliconeogênese e da glicogenólise estão ativadas, provendo substratos que nas células serão convertidos em energia para manutenção das suas funções. Agora, antes de continuar seus estudos sobre os processos biológicos, reveja os principais temas abordados neste capı́tulo. Figura 20 - Metabolismo geral no estado de Jejum. Fonte: Nelson (2009, p. 934). Síntese Concluı́mos o terceiro capı́tulo sobre o metabolismo energético. Agora, você já conhece as principais macromoléculas energéticas e as principais vias metabólicas produtoras de energia em nosso organismo. Neste capı́tulo, você teve a oportunidade de: 12/03/2024, 16:12 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_3/ebook/index.html# 45/46 conhecer o conceito de metabolismo e de como nossas células obtém energia através dos alimentos; identificar os principais intermediários energéticos relacionados a conservação de energia nas células: ATP, NADH e FADH2; identificar as principais macromoléculas que podem ser utilizadas para produção de energia; conhecer como ocorre a digestão, absorção e transporte das principais macromoléculas; conhecer o rendimento energético e as etapas para a completa oxidação de carboidratos, lipídios e aminoácidos; conhecer as principais vias metabólicas na manutenção da glicemia nos períodos de jejum e alimentado. • • • • • • Bibliografia BAGGOT, James. General Features of Fatty Acid Structure. Disponı́vel em: <https://library.med.utah.edu/NetBiochem/FattyAcids/3_3.html (https://library.med.utah.edu/NetBiochem/FattyAcids/3_3.html)>. Acesso em: 01 mar. 2019. ENERGY in Living Systems. OpenStax [on-line]. Disponı́vel em: <https://cnx.org/contents/GFy_h8cu@11.6:dfq-SF-8@8/Energy-in-Living-Systems (https://www.google.com/url?q=https://cnx.org/contents/GFy_h8cu@11.6:dfq-SF-8@8/Energy-in-Living- Systems&sa=D&source=hangouts&ust=1551448890277000&usg=AFQjCNGk4tpbksKWQta7eQOp- UNjLR1HKA)>. Acesso em: 28 fev. 2019. GONÇALVES, R. S. Vitaminas hidrossolúveis. UFRGS, Rio Grande do Sul, 2013. Disponı́vel em: < (https://www.ufrgs.br/lacvet/site/wp- content/uploads/2013/10/vitam_hidroRodrigo.pdf)https://www.ufrgs.br/lacvet/site/wp- content/uploads/2013/10/vitam_hidroRodrigo.pdf (https://www.ufrgs.br/lacvet/site/wp- content/uploads/2013/10/vitam_hidroRodrigo.pdf)>. Acesso em: 27 dez. 2018. HARVEY, A. R. Bioquı́mica Ilustrada. 5. ed. Porto Alegre: Artmed. 2015. KERKSICK C. M.; WILBORN C. 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