bioquimica-humana-2

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<p>Aula 02</p><p>Katiucha Rocha</p><p>Bioquímica</p><p>Humana</p><p>Diretor Executivo</p><p>DAVID LIRA STEPHEN BARROS</p><p>Diretora Editorial</p><p>ANDRÉA CÉSAR PEDROSA</p><p>Projeto Gráfico</p><p>MANUELA CÉSAR ARRUDA</p><p>Autor</p><p>EDUARDO NASCIMENTO DE ARRUDA</p><p>Desenvolvedor</p><p>CAIO BENTO GOMES DOS SANTOS</p><p>Olá. Meu nome é Katiucha Rocha. Sou formada em Ciências</p><p>Biológicas, com mestrado e doutorado em Ciências Biológicas – Farma-</p><p>cologia e Pós-doutorado em Farmacologia. Possuo uma experiência</p><p>técnico-profissional na área de bioquímica de mais de 4 anos. Sou</p><p>apaixonado pelo que faço e adoro transmitir minha experiência de vida</p><p>àqueles que estão iniciando em suas profissões. Por isso fui convidada</p><p>pela Editora Telesapiens a integrar seu elenco de autores independentes.</p><p>Estou muito feliz em poder ajudar você nesta fase de muito estudo e</p><p>trabalho. Conte comigo!</p><p>Autora</p><p>Katiucha Rocha</p><p>INTRODUÇÃO:</p><p>para o início do</p><p>desenvolvimen-</p><p>to de uma nova</p><p>competência;</p><p>DEFINIÇÃO:</p><p>houver necessidade</p><p>de se apresentar</p><p>um novo conceito;</p><p>NOTA:</p><p>quando forem</p><p>necessários obser-</p><p>vações ou comple-</p><p>mentações para o</p><p>seu conhecimento;</p><p>IMPORTANTE:</p><p>as observações</p><p>escritas tiveram</p><p>que ser prioriza-</p><p>das para você;</p><p>EXPLICANDO</p><p>MELHOR:</p><p>algo precisa ser</p><p>melhor explicado</p><p>ou detalhado;</p><p>VOCÊ SABIA?</p><p>curiosidades e inda-</p><p>gações lúdicas sobre</p><p>o tema em estudo,</p><p>se forem necessárias;</p><p>SAIBA MAIS:</p><p>textos, referências</p><p>bibliográficas e</p><p>links para aprofun-</p><p>damento do seu</p><p>conhecimento;</p><p>REFLITA:</p><p>se houver a neces-</p><p>sidade de chamar a</p><p>atenção sobre algo</p><p>a ser refletido ou</p><p>discutido sobre;</p><p>ACESSE:</p><p>se for preciso aces-</p><p>sar um ou mais sites</p><p>para fazer download,</p><p>assistir vídeos, ler</p><p>textos, ouvir podcast;</p><p>RESUMINDO:</p><p>quando for preciso</p><p>se fazer um resumo</p><p>acumulativo das</p><p>últimas abordagens;</p><p>ATIVIDADES:</p><p>quando alguma ativi-</p><p>dade de autoapren-</p><p>dizagem for aplicada;</p><p>TESTANDO:</p><p>quando o desen-</p><p>volvimento de uma</p><p>competência for</p><p>concluído e questões</p><p>forem explicadas;</p><p>Iconográficos</p><p>Olá. Meu nome é Manuela César de Arruda. Sou a responsável pelo pro-</p><p>jeto gráfico de seu material. Esses ícones irão aparecer em sua trilha de</p><p>aprendizagem toda vez que:</p><p>SUMÁRIO</p><p>Compreendendo como funciona a estrutura, principais funções</p><p>e classificação dos carboidratos 10</p><p>Estrutura e classificação dos carboidratos 10</p><p>Classificação de monossacarídeos 11</p><p>Polissacarídeos ou carboidratos complexos 13</p><p>Digestão e absorção de carboidratos 15</p><p>Papel dos hormônios na captação de glicose 17</p><p>Vias metabólicas no estado alimentado e em jejum 19</p><p>Vias metabólicas no estado alimentado 20</p><p>Via glicolítica 20</p><p>Glicogênese 24</p><p>Via da pentose fosfato 25</p><p>Vias metabólicas no estado de jejum 26</p><p>Glicogenólise 26</p><p>Gliconeogênese 29</p><p>Oxidação do Acetil-Coenzima A e produção do ATP 33</p><p>Conversão de Piruvato a Acetil-Coenzima A 33</p><p>Etapas do ciclo do ácido cítrico 35</p><p>Cadeia transportadora de elétrons e Fosforilação</p><p>oxidativa 36</p><p>Componentes da cadeia respiratória e suas</p><p>funções 37</p><p>Fosforilação oxidativa – Síntese de ATP 39</p><p>Desordens no metabolismo de carboidratos 41</p><p>Formação de espécies reativas de oxigênio</p><p>e envelhecimento 41</p><p>Bioquímica Humana 7</p><p>UNIDADE</p><p>02</p><p>Bioquímica Humana8</p><p>Você sabia que carboidratos constituem moléculas orgânicas mais</p><p>abundantes na natureza. Isso mesmo! Eles podem ser denominados</p><p>como açúcares, hidratos de carbono, glicídeos e glucídeos. Essas</p><p>moléculas são classificadas em carboidratos simples e carboidratos</p><p>complexos. Dentre suas principais funções encontram-se formação de</p><p>membranas biológicas, comunicação celular e paredes celulares de</p><p>bactérias. Entretanto, a principal função dos carboidratos é o fornecimento</p><p>de energia química para manutenção do metabolismo. A glicose é o</p><p>principal carboidrato absorvido no trato intestinal e sua oxidação pela</p><p>via glicolítica gera moléculas de piruvato. O piruvato será conduzido do</p><p>citosol a mitocôndria, convertido em Acetil-coenzima A e posteriormente</p><p>oxidada para produção de equivalentes redutores, consequentemente</p><p>energia. Parte dos carboidratos ingeridos na dieta é armazenado na forma</p><p>de glicogênio. Durante períodos de jejum ocorre quebra de glicogênio,</p><p>bem como produção de glicose via gliconeogênese como veremos</p><p>no decorrer desta unidade. A captação de glicose pelos tecidos e sua</p><p>concentração sanguínea são controlados por hormônios cuja deficiência</p><p>na produção ou na resposta tecidual promove desenvolvimento de</p><p>patologias como Diabetes mellitus. Entendeu? Ao longo desta unidade</p><p>letiva você vai mergulhar neste universo!</p><p>INTRODUÇÃO</p><p>Bioquímica Humana 9</p><p>Olá. Seja muito bem-vindo à Unidade 2. Nosso objetivo é auxiliar</p><p>você no desenvolvimento das seguintes competências profissionais até</p><p>o término desta etapa de estudos:</p><p>1. Compreender a estrutura, função e classificação dos carboidratos;</p><p>2. Aprender sobre as vias metabólicas de carboidratos associados</p><p>ao estado de jejum e estado alimentado;</p><p>3. Identificar as etapas do ciclo do ácido cítrico e o processo de</p><p>formação da energia</p><p>4. Entender problemas relacionados a desordens metabólicas.</p><p>Então? Preparado para uma viagem sem volta rumo ao conhecimento?</p><p>Ao trabalho!</p><p>OBJETIVOS</p><p>Bioquímica Humana10</p><p>Compreendendo como funciona</p><p>a estrutura, principais funções e</p><p>classificação dos carboidratos</p><p>INTRODUÇÃO:</p><p>Ao término deste capítulo você será capaz de entender</p><p>a estrutura dos carboidratos, principais funções e</p><p>classificação. Compreenderá também como ocorre sua</p><p>digestão, absorção e excreção, bem como os mecanismos</p><p>envolvidos nestes processos. Isto será fundamental para</p><p>o exercício de sua profissão. E então? Motivado para</p><p>desenvolver esta competência? Então vamos lá. Avante!</p><p>Estrutura e classificação dos carboidratos</p><p>A fórmula geral dos carboidratos é Cn(H2O)n com n maior ou</p><p>igual a 3, onde C representa átomo de carbono, H é representativo da</p><p>molécula de hidrogênio, O é oxigênio e n corresponde ao número de</p><p>compostos presentes na molécula. Portanto, esta fórmula representa</p><p>o número de átomos de C, H e O, contidos em uma molécula de</p><p>carboidrato. A proporção entre os átomos de C, H e O para grande</p><p>maioria de carboidratos é 1:2:1 sugerindo a presença de um carbono</p><p>hidratado (ligado à agua) denominado hidrato de carbono.</p><p>Os carboidratos são chamados de açúcares, glicídios e glucídeos</p><p>os quais são encontrados em frutas, pães, massas, doces, mel, leite,</p><p>tubérculos, entre outros. Vamos iniciar nossos estudos pela classificação</p><p>dos carboidratos em simples e complexos.</p><p>Carboidratos simples são classificados de acordo com o número</p><p>de monômeros presentes em sua estrutura. Monossacarídeos possuem</p><p>átomos de carbono ligados por ligações simples a um grupo hidroxila</p><p>(-OH), exceto por um carbono que carrega o grupamento carbonila (-C=O).</p><p>Os monossacarídeos são chamados de aldoses quando o grupamento</p><p>carbonila estiver localizado na extremidade da molécula. Quando o</p><p>grupamento carbonila estiver localizado na posição interna da molécula,</p><p>este monossacarídeo é denominado cetose (NOVELLI et al., 2005).</p><p>Bioquímica Humana 11</p><p>As principais aldoses são glicose, manose, galactose, ribose e</p><p>gliceraldeído, já as cetoses compreendem dihidroxicetona, ribulose,</p><p>frutose e sorbose.</p><p>Os carboidratos complexos são formados pela união entre</p><p>monossacarídeos formando oligossacarídeos contendo de 3 a 12</p><p>unidades monoméricas e polissacarídeos quando ocorre a união de</p><p>mais de 12 unidades de monossacarídeos.</p><p>Os carboidratos simples ou monossacarídeos têm classificações</p><p>quanto a estrutura, função química e número de átomos de carbono</p><p>como descrito a seguir.</p><p>Classificação de monossacarídeos</p><p>Os monossacarídeos podem ver classificados como D (Dextrogiro)</p><p>ou L (Levógiro). Esta classificação está baseada na convenção de que</p><p>o carbono classificado como C1 é o carbono ligado ao grupamento</p><p>aldeído ou cetona, enquanto o carbono assimétrico, é representado</p><p>pelo carbono mais distante dos grupamentos aldeído e cetona.</p><p>IMPORTANTE:</p><p>A contagem de átomos de carbonos na molécula em</p><p>monossacarídeos</p><p>primeiros correspondem principalmente às enzimas</p><p>catalase, superóxido dismutase e glutationa peroxidase. Os</p><p>agentes antioxidantes não-enzimáticos compreendem as</p><p>substâncias antioxidantes totais (SAT), incluindo as vitaminas</p><p>C e E (α-tocoferol), além de peptídeos ativos representados</p><p>por glutationa reduzida (GSH) (FERRARI et al., 1998).</p><p>Diabetes mellitus</p><p>As concentrações séricas elevadas de insulina reduzem os níveis</p><p>de glicose sanguínea ao inibir a produção hepática deste carboidrato,</p><p>estimular a sua captação, bem como seu metabolismo no fígado,</p><p>músculo e tecido adiposo.</p><p>A concentração sanguínea de glicose está associada a secreção</p><p>de insulina e constitui seu principal secretagogo.</p><p>Desequilíbrios na concentração sérica de glicose associadas ao</p><p>comprometimento na secreção e/ou resposta tecidual ao hormônio</p><p>insulina é responsável pelo desenvolvimento do diabetes mellitus.</p><p>Existem dois tipos de diabetes mellitus: tipo1 e tipo 2. Diabetes</p><p>mellitus tipo 1 é uma doença autoimune onde as células β-pancreáticas</p><p>não produzem insulina causando um déficit grave na concentração</p><p>sérica deste hormônio. A terapia recomendada é a administração</p><p>de insulina em injeções subcutâneas. Diabetes mellitus tipo 2 está</p><p>associado a resistência à insulina, redução da sensibilidade das células</p><p>β-pancreáticas à glicose e reduções progressivas de massa de células</p><p>β, bem como redução dos receptores de insulina nos tecidos-alvo. O</p><p>Bioquímica Humana 43</p><p>diabetes tipo 2 tem maior prevalência em indivíduos obesos onde ocorre</p><p>hiperinsulinemia está associada a elevação na resistência ao hormônio.</p><p>O aumento da resistência à insulina ou ausência em sua secreção</p><p>induz hiperglicemia ao mesmo tempo ocorre redução na inibição do</p><p>hormônio glucagon pelas células α-pancreáticas. O glucagon promove</p><p>intensa gliconeogênese no tecido hepático gerando aumento de glicose</p><p>sérica. O fígado resistente a ação da insulina no diabetes tipo 2 contribui</p><p>com redução da capacidade da insulina em suprimir a produção hepática</p><p>de glicose, bem como a captação de glicose e síntese de glicogênio.</p><p>No tecido adiposo a resistência à insulina provoca aumento</p><p>da lipólise e liberação de ácidos graxos na circulação. No músculo</p><p>esquelético e fígado com quantidades aumentadas de armazenamento</p><p>de lipídeos.</p><p>As principais terapias utilizadas em indivíduos diabéticos têm</p><p>como objetivo reduzir a glicemia sérica e evitar as complicações crônicas</p><p>ou agudas associadas a desordem na homeostasia da glicose.</p><p>A terapia para o diabetes mellitus pode envolver o uso de</p><p>injeções subcutâneas de insulina (tipos 1 e 2). A insulina pode ter ação</p><p>curta ou longa, a qual se dissolve de forma gradual. Os fármacos mais</p><p>comumente utilizados como terapia para o diabetes tipo 2 envolvem</p><p>biguanidas, sulfonilureias e tiazolidinedionas.</p><p>O único fármaco utilizado na classe das biguanidas é a metformina</p><p>que atua elevando a atividade da proteína quinase dependente de</p><p>AMP (AMPK). A AMPK é ativada por fosforilação quando as reservas</p><p>energéticas celulares encontram-se reduzidas. AMPK ativada estimula a</p><p>oxidação de ácidos graxos e a captação de glicose, reduzindo lipogênese</p><p>e gliconeogênese.</p><p>Sulfonilureias atuam em canais de potássio ativados por ATP</p><p>inibindo sua abertura, depolarizando as células β-pancreáticas,</p><p>consequentemente elevam a concentração de cálcio intracelular e</p><p>aumentam a exocitose de vesículas contendo insulina. As sulfonilureias</p><p>mais utilizadas são glibenclamida e glipizida.</p><p>Tiazolidinedionas são fármacos que se ligam a receptores PPARγ</p><p>(receptor gama de proliferação peroxissimal), receptores nucleares</p><p>envolvidos na regulação de genes associados ao metabolismo de</p><p>Bioquímica Humana44</p><p>carboidratos e lipídeos. PPARγ quando ativado promove aumento na</p><p>sensibilidade dos tecidos a glicose elevando a captação de glicose</p><p>pelo músculo esquelético e fígado; eleva também a captação de ácidos</p><p>graxos pelos adipócitos e desloca lipídeos dos tecidos para tecido</p><p>adiposo. Fármacos tiazolidinedionas são rosiglitazona e pioglitazona.</p><p>RESUMINDO:</p><p>E então? Gostou do que lhe mostramos? Aprendeu mesmo</p><p>tudinho? Agora, só para termos certeza de que você</p><p>realmente entendeu o tema de estudo deste capítulo,</p><p>vamos resumir tudo o que vimos. Você deve ter aprendido</p><p>que o produto final da glicólise, o piruvato, é convertido</p><p>a aceti-co-A no interior da mitocôndria. Acetil-coA entra</p><p>no ciclo do ácido cítrico que possui oito etapas sendo</p><p>totalmente oxidado a CO2 e H2O. Durante a passagem</p><p>do Acetil-coA pelo ciclo são formadas três moléculas de</p><p>NADH, uma molécula de FADH2 e um GTP. NADH e FADH2</p><p>são chamados equivalentes redutores e entregam seus</p><p>elétrons juntamente com prótons na cadeia respiratória.</p><p>Essa cadeia possui cinco complexos enzimáticos aos quais</p><p>os elétrons fluem e perdem energia livre até atingirem o</p><p>aceptor final, o oxigênio, formando moléculas de água ao</p><p>final do processo. A passagem de elétrons pelos complexos</p><p>respiratórios promove translocação de próton da matriz</p><p>mitocondrial para espaço intermembrana. Esse fato gera</p><p>um gradiente de concentração de prótons no espaço</p><p>intermembrana e uma força próton-motriz que promove</p><p>o retorno desses prótons a matriz via complexo V ou ATP-</p><p>sintase. A força próton-motriz faz com que a ATP-sintase</p><p>ligue uma molécula de ADP a Pi formando ATP, o qual é</p><p>deslocado, em parte, para o citosol da célula. Alterações</p><p>na cadeia respiratória estão associadas a produção de</p><p>espécies reativas de oxigênio e desenvolvimento de</p><p>doenças relacionadas ao processo de envelhecimento.</p><p>E por último você deve ter aprendido que distúrbios</p><p>metabólicos associados a insulina estão relacionados ao</p><p>diabetes mellitus.</p><p>Bioquímica Humana 45</p><p>BIBLIOGRAFIA</p><p>AKMAN, H. O., SHEIKO, T., TAY, S. K., FINEGOLD, M. J., DIMAURO,</p><p>S., CRAIGEN, W. J. Generation of a novel mouse model that recapitulates</p><p>early and adult onset glycogenosis type IV. Human Molecular Genetics,</p><p>Oxford, v. 20, n. 22, p. 4430-4439, 2011.</p><p>ANKARCRONA, M., DYPBUKT, J.M., BONFOCO, E., ZHIVOTOVSKY,</p><p>B., ORRENIUS, S., LIPTON, S.A., NICOTERA P. Glutamate-induced</p><p>neuronal death: a sucession of necrosis or apoptosis depending on</p><p>mitochondrial function. Neuron, v.15, p. 961-973, 1995.</p><p>CHAMPE, Pamela C, HARVEY, Richard A, FERRIER, Denise R.</p><p>Bioquímica Ilustrada. 30 Edição. Porto Alegre: Artmed, 2006.</p><p>CORNU, M., ALBERT, V., HALL, M.N. MTor in aging, metabolism</p><p>and cancer. Current Opinion in Genetics and Develop., v. 23, p. 53-62,</p><p>2013.</p><p>DEVLIN, Thomas M. Manual de bioquímica com correlações</p><p>clínicas. 40 Edição. São Paulo: Edgard Bluncher Ltda, 1998.</p><p>DROGE, W. Free radicals on the physiological control of cell</p><p>function. Phys. Rev., v. 82, p. 47-95, 2002.</p><p>FERRARI, R., CECONI, C., CURELLO, C. Intracellular effect of</p><p>myocardial ischaemic and reperfusion: Role of calciunm and oxygen.</p><p>Eur. Heart J., v. 7, p. 3-12, 1998.</p><p>FINKEL, T. Radical medicine: treating ageing to cure disease.</p><p>Nature Molec. Cell Biol., v. 6, p. 971-976, 2005.</p><p>HARMAN, D. Aging: A theory based on free radical and radiation</p><p>chemistry. J. Gerontol., v. 11, p.298-300, 1956.</p><p>HU, F.B., MANSON, J.E., STAMPFER, M.J., COLDITZ, G., LIU, S.,</p><p>SOLOMON, C.G., WILLETT, W.C. Diet, lifestyle, and the risk of type 2</p><p>diabetes mellitus in women. N. Engl. J. Med., v.345, n.11, p.790-797, 2001.</p><p>KIM, J., YOO, S., OH, D., KWEON, Y., PARK, D., LEE, C., GIL, G.</p><p>Selection of a Streptococcus equimutant and optimization of culture</p><p>conditions for the production of high molecular weight hyaluronic acid.</p><p>Enzyme and Microbial Technology, v.19, p.440-445, 1996.</p><p>Bioquímica Humana46</p><p>MATHIEU, C., GYSEMANS, C., GIULIETTI, A., Bouillon, R. Vitamin D</p><p>and diabetes. Diabetologia, v.48, n.7, p.1247-1257, 2005.</p><p>LORENZONI, P. J., LANGE, M. C., KAY, C. S. K., SCOLA, R. H.,</p><p>WERNECK, L. C. Estudo da condução nervosa motora na doença de</p><p>McArdle. Arquivos de Neuro-Psiquiatria São Paulo, v. 63, n. 3, p. 874-877,</p><p>2005.</p><p>MITRI, J., PITTAS, A.G. Vitamin</p><p>D and diabetes. Endocrinol. Metab.</p><p>Clin. North. Am., v. 43, n.1, p.205-232, 2014.</p><p>MORIMOTO, R.I., CUERVO, A.M. Protein homeostasis and aging:</p><p>taking care of proteins from the cradle to the grave. J. Gerontol A Biol Sci</p><p>Med Sci. , v.64, p. 167-170,2009.</p><p>NELSON, David L.; COX, Michhael M. Princípios de bioquímica de</p><p>Lehninger. 60 Edição. Porto Alegre: Artmed, 2011.</p><p>NISHIYAMA, Y., IKEDA, H., HARAMAKI, N., YOSHIDA, N., IMAIZUMI,</p><p>T. Oxidative stress is related to exercise intolerance in patients with heart</p><p>failure. Am. Heart J., v. 135, p. 115-120, 1998.</p><p>NOVELLI, Ethel LB. Nutrição e vida saudável. 10 Edição:Ribeirão</p><p>Preto: Tecmedd, 2005.</p><p>RANG, HP, DALE, MM, Ritter,JM, FLOWER, RJ. Farmacologia. 60</p><p>Edição. Rio de Janeiro: Elsevier, 2007.</p><p>REIS, F. C., CALDAS, H. C., NORATO, D. Y., SCHWARTZ, I. V.,</p><p>GIUGLIANI, R., BURIN, M. G., SARTORATO, E. L. Glycogen storage disease</p><p>type Ia: molecular study in Brazilian patients. Journal of Human Genetics,</p><p>Tokyo, v. 46, n. 3, p. 146-149, 2001.</p><p>ROBERTS, C. K., VAZIRI, N. D., WANG, X.Q., BARNARD, R. J.</p><p>Enhanced NO inactivation and hypertension induced by high-fat, refined-</p><p>carboyhydrate diet. Hipertension, v.36, p. 423-429, 2000.</p><p>SANTOS-ANTUNES, J.; FONTES, R. Glicogenose tipo I. Arquivos</p><p>de Medicina, Coimbra, v. 26, n. 3, p. 109-117, 2009.</p><p>SAVEGNAGO, A. K., DA SILVA, R. M., JONHSTON, C., MARTINS,</p><p>A. M., DE MELO, A. P. L., DE CARVALHO, W. B. Revisão sistemática das</p><p>escalas utilizadas para avaliação funcional na doença de Pompe. Revista</p><p>Paulista de Pediatria, São Paulo, v. 30, n. 2, p. 272-277, 2012.</p><p>Bioquímica Humana 47</p><p>VUJOSEVIC, S., RADOJEVIC, N., ALIGRUDIC, S., BOZOVIC, D.</p><p>Relationship between 25-Hydroxyvitamin D and Newly Diagnosed Type</p><p>2 Diabetes Mellitus in Postmenopausal Women with Osteoporosis. Med.</p><p>Princ. Pract., v.23, p.229-233, 2014.</p><p>http://bit.ly/2ugWOZA</p><p>http://bit.ly/2QtHh1i</p><p>http://bit.ly/2FBBWip</p><p>inicia-se sempre pela extremidade que</p><p>contém o grupamento carbonila (aldeído ou cetona).</p><p>Quando a hidroxila do carbono assimétrico está voltada para</p><p>direita, o monossacarídeo é um D-açúcar, consequentemente quando a</p><p>hidroxila presente no carbono assimétrico estiver voltada para esquerda,</p><p>é denominado um L-açúcar. Em seres humanos a maioria dos açúcares</p><p>são do tipo D.</p><p>Quando monossacarídeos diferem na configuração ao redor</p><p>de determinado átomo de carbono, são denominados epímeros. Os</p><p>exemplos mais comuns isômeros do tipo epímeros são glicose com</p><p>galactose, as quais diferem na posição da hidroxila (-OH) presente em</p><p>qualquer átomo de carbono (CHAMPE et al., 2006).</p><p>Bioquímica Humana12</p><p>Uma outra forma de classificação de monossacarídeos está</p><p>relacionado ao número de átomos de carbono presentes em suas</p><p>moléculas. Monossacarídeos com 3 carbonos são trioses, 4 carbonos-</p><p>tetroses, 5 carbonos-pentoses, 6 carbonos–hexoses, 7 carbonos-heptoses,</p><p>e assim sucessivamente.</p><p>VOCÊ SABIA?</p><p>Os monossacarídeos de importância no metabolismo</p><p>celular contém de três a sete átomos de carbono em suas</p><p>moléculas. Exemplos: pentoses- açúcares de 5 carbonos</p><p>como desoxirribose e ribose são utilizados na produção de</p><p>nucleotídeos que são blocos constitutivos de DNA e RNA</p><p>respectivamente. Hexoses- açúcares de 6 carbonos como</p><p>glicose e frutose, tem como função fornecer energia.</p><p>Monossacarídeos contendo cinco ou mais átomos de carbono</p><p>formam um anel por processo de ciclização. A formação do anel provém</p><p>da reação entre o carbono chamado C1 de uma aldose, ou carbono C2</p><p>em caso de cetose, com um grupo álcool da mesma molécula formando</p><p>derivados hemiacetais ou hemicetais.</p><p>Açúcar contendo cinco e seis átomos de carbono podem</p><p>formar anel de 5 ou 6 carbonos denominados furanose (frutofuranose</p><p>e glicofuranose) e piranose (frutopiranose e glicopiranose), respectiva-</p><p>mente. Furanose constitui composto semelhante ao furano, composto</p><p>mais simples contendo um anel de 5 membros enquanto piranose é o</p><p>açúcar com anel de seis carbonos, análogo ao pirano, composto mais</p><p>simples contendo um anel de seis membros.</p><p>Monossacarídeos cíclicos possuem duas formas anoméricas de</p><p>carbono da carbonila. O carbono anomérico tem um centro quiral com</p><p>duas configurações possíveis: Anômero α que tem a hidroxila em C1 na</p><p>posição trans ao grupo CH2OH e anômero β cuja hidroxila em C1 está na</p><p>posição cis em relação ao grupo CH2OH.</p><p>De acordo com CHAMPE (et al., 2006) quando o oxigênio do</p><p>carbono ligado ao grupo carbonila de um aldeído não estiver ligado</p><p>a qualquer estrutura, esse açúcar é denominado um açúcar redutor. A</p><p>Bioquímica Humana 13</p><p>extremidade redutora pode reagir com substâncias químicas e oxidar o</p><p>carbono anômero, ou seja, carbono carbonil a carbono carboxil.</p><p>Os monossacarídeos podem se ligar originado estruturas maiores</p><p>como dissacarídeo, oligossacarídeos ou polissacarídeos por meio de</p><p>ligações glicosídicas. Ligações glicosídicas são formadas pela reação</p><p>entre o átomo de carbono localizado na posição C1 de um monossacarídeo</p><p>e o grupamento hidroxila (-OH) de um outro monossacarídeo resultando</p><p>em uma ligação glicosídica (–C-O-C) entre as duas moléculas (NOVELLI</p><p>et al., 2006).</p><p>A ligação entre duas unidades de monossacarídeos produz</p><p>dissacarídeos. Um dos exemplos é a sacarose formada pela união de</p><p>uma molécula de glicose com uma molécula de frutose. A lactose</p><p>constitui um dissacarídeo formado pela união entre glicose e galactose.</p><p>Maltose é formada pela junção entre duas moléculas de glicose.</p><p>A ligação de dois ou mais unidades de monossacarídeos dá</p><p>origem poliidroxialdeídos ou poliidroxicetonas com o termo poliidroxi se</p><p>referendo à presença de duas ou mais hidroxilas (OH).</p><p>A união entre 3 e 12 unidades de monossacarídeos origina</p><p>os oligossacarídeos. A junção entre 20 ou mais unidades de</p><p>monossacarídeos dá origem aos polissacarídeos. Como exemplo de</p><p>polissacarídeos temos o glicogênio, amido e celulose. Assim como</p><p>oligossacarídeos, os polissacarídeos também constituem carboidratos</p><p>complexos, tópico discutido a seguir. Tanto oligossacarídeos quanto</p><p>polissacarídeos podem ser ligados a outros tipos de moléculas como</p><p>lipídeos, proteínas, bases púricas ou pirimídicas, entre outras.</p><p>Polissacarídeos ou carboidratos complexos</p><p>Polissacarídeos contêm mais de 20 unidades de monossacarídeos</p><p>e podem ser divididos em homopolissacarídeos e heteropolissacarídeos.</p><p>Homopolissacarídeos possuem um único tipo de monossacarídeo</p><p>em sua composição. Este tipo de polissacarídeo é representado por</p><p>celulose, quitina, amido e glicogênio.</p><p>O amido constitui um homopolissacarídeo presente em células</p><p>vegetais cuja função é armazenar glicose na forma de tubérculos. Este</p><p>polissacarídeo é formado por polímeros de glicose chamados amilose</p><p>Bioquímica Humana14</p><p>e amilopectina. A amilose tem cadeia linear com resíduos de glicose</p><p>conectados por ligações α (1→4), enquanto a amilopectina é altamente</p><p>ramificada com ligações α (1→4) na cadeia linear e ligações α (1→6) nas</p><p>ramificações. O glicogênio é a forma de reserva de glicose em animais e</p><p>está presente em fígado e músculo esquelético.</p><p>IMPORTANTE:</p><p>Apenas o fígado é capaz de mobilizar a glicose armazenada</p><p>no glicogênio para a corrente sanguínea. O glicogênio</p><p>muscular é utilizado apenas para produção de energia em</p><p>células musculares.</p><p>A celulose, outro homopolissacarídeo, é uma substância fibrosa,</p><p>resistente, insolúvel em água, constituinte de paredes celulares em</p><p>vegetais. A celulose não é ramificada e seus resíduos de glicose estão</p><p>associados por ligação do tipo β (1→4). Este tipo de ligação impede a</p><p>utilização de celulose como fonte de energia na maioria dos animais</p><p>pois eles não têm enzimas capazes de hidrolisar ligações do tipo β (1→4).</p><p>Quitina é outro homopolissacarídeo linear presente no</p><p>exoesqueleto de insetos. É formado por resíduos de N-acetilglicosamina</p><p>em ligações β (1→4) e, assim como a celulose não pode ser digerido por</p><p>vertebrados.</p><p>Heteropolissacarídeos são formados por 2 ou mais tipos</p><p>diferentes de monossacarídeos representados por glicosaminoglicanos</p><p>e glicoproteínas.</p><p>Glicosaminoglicanos constituem grandes cadeias de heteropo-</p><p>lissacarídeos lineares, longas compostas por uma unidade de</p><p>dissacarídeos que se repetem. Os dissacarídeos são formados por</p><p>açúcar aminado ligado a um açúcar ácido, geralmente associados a</p><p>proteínas originando os proteoglicanos, exceção ao ácido hialurônico.</p><p>Existem seis classes de glicosaminoglicanos com destaque para</p><p>o ácido hialurônico. O ácido hialurônico formado por ácido D-glicurônico</p><p>e N-acetil-D-glicosamina. Ácido hialurônico é um mucopolissacarídeo</p><p>presente em tecido conjuntivo. A solução de ácido hialurônico tem</p><p>consistência gelatinosa, alta viscoelasticidade e alto grau de hidratação</p><p>devido às suas características estruturais (KIM et al., 1996).</p><p>Bioquímica Humana 15</p><p>Glicoproteínas podem atuar como hormônios (FSH-hormônio</p><p>folículo estimulante, LH- hormônio luteinizante e TSH- hormônio</p><p>tireoestimulante), são constituintes de membranas biológicas e</p><p>participam da resposta imunológica (Imunoglobulinas – anticorpos).</p><p>Fica evidente o papel estrutural dos oligossacarídeos na formação</p><p>de membranas celulares, especificidade, comunicação celular, bem</p><p>como transporte de informação e reconhecimento celular.</p><p>Digestão e absorção de carboidratos</p><p>A digestão de carboidratos inicia-se na boca. A mastigação</p><p>promove o fracionamento do alimento misturando-o a saliva. A saliva</p><p>contém a enzima α-amilase salivar que hidrolisa ligações α-(1→4) de</p><p>amido e glicogênio da dieta. A digestão cessa quando o alimento chega</p><p>ao estômago porque o ácido clorídrico inativa a enzima α-amilase salivar.</p><p>Ao atingir o intestino delgado, os ácidos do estômago são</p><p>neutralizados pelo bicarbonato secretado pelo pâncreas. Os carboidratos</p><p>presentes no bolo alimentar sofrem ação de enzimas pancreáticas e a</p><p>α-amilase pancreática continua</p><p>o processo de digestão em carboidratos.</p><p>No epitélio mucoso do jejuno, as células epiteliais com bordadura</p><p>em forma de escova produzem enzimas chamadas dissacaridases e</p><p>oligossacaridases que hidrolisam dissacarídeos e oligossacarídeos</p><p>respectivamente para que possam ser absorvidos.</p><p>O duodeno e jejuno superior absorvem a maior parte dos açúcares</p><p>da dieta na forma de monossacarídeos glicose, frutose e galactose.</p><p>O dissacarídeo lactose necessita da presença de enzima lactase</p><p>para ser hidrolisado a glicose e galactose. Indivíduos intolerantes a lactose</p><p>apresentam redução da atividade ou perda da enzima. Essa intolerância é</p><p>determinada geneticamente e o tratamento consiste na remoção de dieta</p><p>contendo lactose ou ingestão de lactase antes das refeições (CHAMPE et</p><p>al., 2006). A maltose, dissacarídeo formado por duas moléculas de glicose</p><p>é hidrolisada pela enzima maltase no intestino delgado.</p><p>A frutose obtida da hidrólise do dissacarídeo sacarose, necessita</p><p>de um transportador de monossacarídeos independente de sódio</p><p>chamado GLUT-5 (“Glucose Transporter”) para ser absorvida. A glicose</p><p>e galactose necessitam do transportador GLUT-2 ou são transportados</p><p>Bioquímica Humana16</p><p>para o interior das células mucosas por transporte ativo dependente</p><p>de energia e sódio. Os três monossacarídeos citados são transportados</p><p>das células mucosas intestinais para a circulação por um transportador</p><p>denominado GLUT 2.</p><p>A maior parte da glicose é transportada através das células da</p><p>mucosa intestinal para o sangue portal e depois para a circulação geral</p><p>para ser distribuída aos tecidos.</p><p>Nos tecidos a entrada de glicose nas células é realizada difusão</p><p>facilitada por transportadores GLUT. Os transportadores de glicose</p><p>apresentam especificidade tecidual: GLUT3 está presente em neurônios,</p><p>GLUT1- eritrócitos e encéfalo, GLUT4 tecido adiposo e músculo</p><p>esquelético, GLUT2- fígado, rins e células β-pancreáticas. A ligação da</p><p>glicose ao transportador altera sua conformação e transporta a glicose</p><p>através da membrana plasmática para o interior das células.</p><p>Nas células a frutose é convertida em frutose 1-fosfato pela</p><p>enzima hexocinase ou frutocinase encontrada no fígado, rins e mucosa</p><p>intestinal. Nas células a frutose1-fosfato é clivada pela aldolase B</p><p>produzindo diidroxiacetona – fosfato que entra na via glicolítica para</p><p>fornecer energia ou pode seguir pela via da gliconeogênese. A manose</p><p>após ser fosforilada pela hexocinase é convertida a frutose 6-fosfato</p><p>pela ação da enzima fosfo-manose isomerase.</p><p>A galactose obtida pela hidrólise da lactose por ação enzimática</p><p>da lactase é convertida a galactose 1-fosfato a qual é transformada</p><p>em UDP-galactose (UDP=uridina difosfato) pela galactose 1-fosfato</p><p>uridil-transferase. Em seguida a UDP-galactose é convertida a UDP-</p><p>glicose, a qual participa de reações como formação de glicoproteínas,</p><p>glicolipídeos e glicosaminoglicanos. A galactosemia é caracterizada</p><p>pela deficiência na produção de galactose 1- fosfato uridil e, portanto,</p><p>no metabolismo da galactose. Os principais sintomas incluem retardo</p><p>mental, hepatomegalia, icterícia, cirrose, atraso no crescimento e</p><p>catarata. Tratamento: evitar consumo de produtos lácteos.</p><p>A glicose é o principal carboidrato utilizado no fornecimento de</p><p>energia. A oxidação de glicose fornece quatro quilocalorias por grama</p><p>(1g=4Kcal). Pode ser obtida de fontes diferentes: dieta, degradação de</p><p>glicogênio e gliconeogênese.</p><p>Bioquímica Humana 17</p><p>A absorção de glicose nos tecidos e sua concentração sanguínea</p><p>precisam ser controladas hormonalmente para que se mantenha a uma</p><p>concentração entre 5 a 8 milimolar (mM). Esse controle é importante</p><p>porque a glicose é fonte preferencial de energia para encéfalo e</p><p>eritrócitos maduros.</p><p>Papel dos hormônios na captação de glicose</p><p>A insulina é um hormônio proteico anabólico cujas funções</p><p>envolvem homeostase da glicose, diferenciação celular e crescimento.</p><p>Sua síntese favorece a formação de glicogênio, triacilgliceróis e proteínas.</p><p>Atua também elevando a atividade das enzimas que participam da via</p><p>glicolítica favorecendo a glicólise. Os principais órgãos alvo da insulina</p><p>são fígado, músculo e células adiposas.</p><p>A insulina atua no fígado inibindo a gliconeogênese e a</p><p>glicogenólise enquanto estimula a síntese de glicogênio. Em tecidos</p><p>extra-hepáticos atua no transporte facilitado de glicose promovendo</p><p>a translocação de vesículas contendo GLUT4 do interior celular para</p><p>membrana plasmática onde captam a glicose.</p><p>A síntese do hormônio origina pré-proinsulina que ocorre nas</p><p>células β presentes nas Ilhotas de Langerhans localizadas no pâncreas.</p><p>A pré-proinsulina é direcionado ao complexo de Golgi onde sofre</p><p>clivagem liberando pró-insulina em grânulos. Após sua síntese, a insulina</p><p>fica armazenada em grânulos sob controle de secreção mediado pelos</p><p>níveis sanguíneos de glicose, respondendo também positivamente a</p><p>aminoácidos e ácidos graxos.</p><p>No estado alimentado há elevação na concentração de glicose</p><p>sanguínea e, portanto, liberação do hormônio insulina pelas células pelas</p><p>células β-pancreáticas. Isso ocorre porque a glicose entra nas células β,</p><p>sofre fosforilação pela ação da hexocinase e segue na via glicolítica para</p><p>produção de energia na forma de ATP. A elevação nas concentrações</p><p>intracelulares de ATP inibe um canal de potássio sensível ao ATP ocasionando</p><p>a despolarização da membrana plasmática da célula. A despolarização</p><p>promove aberturas de canais de cálcio voltagem-dependentes e o aumento</p><p>de cálcio intracelular induz liberação de cálcio de mitocôndria e reticulo</p><p>endoplasmático resultando na exocitose de vesículas contendo insulina.</p><p>Bioquímica Humana18</p><p>As células β pancreáticas possuem receptores de vitamina D.</p><p>A vitamina D participa na atividade de endopeptidases de células β</p><p>dependentes de cálcio, atuando em canais de cálcio dependentes</p><p>de voltagem e desta forma, pode aumentar a concentração de cálcio</p><p>intracelular e a exocitose de insulina. Ela pode induzir diretamente as</p><p>células β secretoras de insulina na conversão de pró-insulina para</p><p>insulina (MITRI & PITTAS,2014; MATHIEU et al., 2005).</p><p>A vitamina D pode ser sintetizada pela epiderme humana e</p><p>ingerida por meio de óleo de peixe, gema de ovo, alimentos fortificados</p><p>ou suplementos (VUJOSEVIC et al., 2014).</p><p>Cessando a absorção, a glicemia vai declinando e ocorre a</p><p>normoglicemia. Desta forma a liberação de insulina é reduzida e inicia-</p><p>se a secreção do hormônio glucagon. O glucagon é um hormônio</p><p>peptídico liberado na corrente sanguínea quando a concentração de</p><p>glicose é baixa. Este hormônio é produzido nas células α das Ilhotas de</p><p>Langerhans e sua função é promover glicogenólise e gliconeogênese</p><p>para normalizar a concentração de glicose no sangue.</p><p>Adrenalina ou epinefrina sintetizada nas glândulas adrenais a</p><p>partir do aminoácido tirosina é secretado em condições de luta e fuga,</p><p>atividade física, hipoglicemia. Atua como coadjuvante à ação do glucagon</p><p>e, portanto, sua ação é contrária a atividade da insulina.</p><p>O hormônio esteroide cortisol produzido pelo córtex da adrenal atua</p><p>com a adrenalina em resposta ao estresse, promovendo a gliconeogênese.</p><p>As vias de degradação de carboidratos representadas por glicólise e</p><p>glicogenólise; bem como as vias de síntese representadas por glicogênese</p><p>e gliconeogênese estão descritas no decorrer desta unidade.</p><p>RESUMINDO:</p><p>E então? Gostou do que lhe mostramos? Aprendeu mesmo</p><p>tudinho? Agora, só para termos certeza de que você</p><p>realmente entendeu o tema de estudo deste capítulo,</p><p>vamos resumir tudo o que vimos. Você deve ter aprendido</p><p>que os carboidratos são substâncias compostas por</p><p>carbono, hidrogênio e oxigênio. Os monossacarídeos são</p><p>unidades monoméricas de carboidratos, onde o principal</p><p>monossacarídeo utilizado como fonte de energia é a glicose.</p><p>Bioquímica Humana 19</p><p>RESUMINDO:</p><p>A união entre monossacarídeos ocorre por meio de ligações</p><p>glicosídicas</p><p>formando carboidratos maiores. A junção</p><p>entre dois monossacarídeos produz dissacarídeos como</p><p>sacarose e lactose. Oligossacarídeos e polissacarídeos</p><p>podem ser associados a moléculas de proteínas e lipídeos</p><p>dando origem a glicoproteínas, glicolipídeos, entre outras;</p><p>todas com funções estruturais importantes. A digestão</p><p>de carboidratos inicia-se na boca com a ação da enzima</p><p>α-amilase salivar, cessa no estômago e continua no intestino</p><p>com ação α-amilase pancreática, sacarase, maltase e</p><p>lactase. A absorção ocorre por co-transporte associado</p><p>ao sódio ou transporte por difusão facilitada através de</p><p>GLUTs. Após absorção, os carboidratos caem na corrente</p><p>sanguínea, são transportados aos tecidos e internalizados</p><p>através de GLUTs que apresentam especificidade tecidual.</p><p>A captação da glicose é mediada pela insulina que estimula</p><p>a glicólise e glicogênese. O glucagon é o hormônio</p><p>secretado em condições de baixa glicemia e tem efeitos</p><p>opostos aos da insulina, promovendo glicogenólise e</p><p>gliconeogênese. As vias de degradação e síntese são</p><p>discutidas nos próximos capítulos desta unidade.</p><p>Vias metabólicas no estado alimentado e</p><p>em jejum</p><p>INTRODUÇÃO:</p><p>Ao término deste capítulo você será capaz de entender</p><p>como os carboidratos são transformados para produção</p><p>de energia e como podem ser armazenados em estado</p><p>alimentado. Também compreenderá a formação da glicose</p><p>e a quebra das reservas metabólicas em estado de jejum.</p><p>Isto será fundamental para o exercício de sua profissão.</p><p>E então? Motivado para desenvolver esta competência?</p><p>Então vamos lá. Avante!</p><p>Bioquímica Humana20</p><p>Vias metabólicas no estado alimentado</p><p>Metabolismo é definido como conjunto de reações química que</p><p>ocorrem nas células. Essas reações são classificadas em reações de</p><p>síntese ou construção de biomoléculas e reações de catabólicas ou</p><p>quebra de moléculas para produção de energia. A ênfase deste capítulo</p><p>será na glicose, principal carboidrato absorvido no intestino e fonte de</p><p>energia para as células.</p><p>Neste capitulo estudaremos a quebra da glicose, ou seja, glicólise</p><p>e a via de armazenamento deste carboidrato na forma de glicogênio no</p><p>estado alimentado. Já no estado de jejum estudaremos a glicogenólise</p><p>e a gliconeogênese para manter a produção de energia principalmente</p><p>do sistema nervoso central.</p><p>Via glicolítica</p><p>A principal via do catabolismo de glicose é chamada de via</p><p>glicolítica (do grego: glykys – açúcar e lysis- quebra). Esta via ocorre em</p><p>períodos pós-absortivos quando a glicemia está elevada e a insulina atua</p><p>promovendo a captação da glicose pelos tecidos, bem como ativação de</p><p>enzimas da via.</p><p>Esta via é composta por dez reações química as quais convertem</p><p>uma molécula de glicose em duas moléculas de piruvato. Todas as dez</p><p>reações ocorrem no citosol de todas as células.</p><p>A primeira reação da via é a fosforilação da glicose catalisada pela</p><p>enzima hexocinase na maioria das células com gasto de energia na forma</p><p>de ATP. Essa reação tem como produto glicose 6-fosfato é irreversível e</p><p>necessária para reter a molécula de glicose no interior das células.</p><p>Hexocinases I a III presente em músculos têm baixo Km (constante</p><p>de Michaelis-Menten) e portanto, alta afinidade para glicose. Esse fato</p><p>permite a fosforilação eficiente da glicose e sua entrada na via glicolítica</p><p>mesmo em condições de baixa concentração de glicose sanguínea.</p><p>É inibida por retroalimentação quando as concentrações de glicose</p><p>6-fosfato aumentam em tecido muscular no repouso.</p><p>No fígado e ilhotas pancreáticas a enzima que fosforila a glicose é</p><p>chamada hexocinase D ou glicocinase e possui propriedades diferentes</p><p>Bioquímica Humana 21</p><p>das demais hexocinases. Em células pancreáticas atua como sensor de</p><p>glicose determinando a liberação de insulina. No tecido hepático facilita</p><p>a fosforilação de glicose durante a hiperglicemia.</p><p>A hexocinases I, II, III e a hexocinase D (ou glicocinase) são</p><p>isoenzimas que diferem em seu Km. A glicocinase possui alto Km e</p><p>requer maior concentração de glicose para hemi-saturação, ou seja, a</p><p>glicocinase só fosforila a glicose quando este carboidrato está em altas</p><p>concentrações no citosol das células. Além disso, a glicocinase não é</p><p>inibida por glicose 6-fosfato.</p><p>Após consumo de refeições ricas em carboidratos em períodos</p><p>pós-absortivos, quando altas concentrações de glicose atingem o fígado</p><p>via sistema porta-hepático a insulina estimula a atividade da glicocinase</p><p>e a fosforilação da glicose.</p><p>A segunda reação da via glicolítica envolve a isomerização da</p><p>glicose 6-fosfato a frutose 6-fosfato catalisada pela enzima fosfoglicose</p><p>isomerase. Esta reação é reversível e não sofre processo de regulação.</p><p>A terceira etapa da via glicolitica envolve a conversão da frutose</p><p>6-fosfato em frutose 1,6-bifosfato catalisada pela fosfofrutocinase- 1</p><p>(PFK1) com uso de uma molécula de ATP durante a reação. A enzima</p><p>que participa desta reação é alostérica, regulada pela concentração</p><p>de ATP e citrato. Esta enzima é o principal ponto de controle da via</p><p>glicolítica. Altas concentrações de ATP ou citrato indicam abundância na</p><p>quantidade de energia disponível para célula e, portanto, inibem a PFK-1</p><p>e a via glicolítica. Em altas concentrações de AMP ocorre o inverso e a</p><p>enzima PFK-1 é ativada.</p><p>A frutose 1,6-bifosfato é clivada pela enzima aldolase B originando</p><p>dihidroxicetona-fosfato e gliceraldeído 3-fosfato. A reação é reversível e</p><p>não é regulada. Essa etapa corresponde a “lise” que dá nome a via.</p><p>REFLITA.</p><p>A frutocinase é a principal enzima que promove a</p><p>fosforilação da frutose. Essa enzima é encontrada em</p><p>fígado, rins e mucosa do intestino delgado convertendo</p><p>frutose em frutose 1-fosfato que em presença de aldolase</p><p>B origina dihidroxicetona-fosfato e gliceraldeído.</p><p>Bioquímica Humana22</p><p>A enzima triose-fosfato interconverte essas duas trioses,</p><p>dihidroxicetona-fosfato e o gliceraldeído 3-fosfato. A dihidroxicetona-</p><p>fosfato sofre isomerização a gliceraldeído 3-fosfato resultando em duas</p><p>moléculas de gliceraldeído 3-fosfato. Essa reação é reversível e não</p><p>é etapa limitante da via. Apenas o gliceraldeído 3-fosfato entra na via</p><p>glicolítica.</p><p>A etapa seguinte converte o gliceraldeído 3-fosfato em 1,3</p><p>bifosfoglicerato pela gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase em uma</p><p>reação de oxidação da glicose que reduz NAD+ a NADH. Cada molécula</p><p>de gliceraldeído 3-fosfato é oxidado e fosforilado por fosfato inorgânico</p><p>para formar 1,3 bifosfoglicerato.</p><p>Há liberação de energia quando as duas moléculas 1,3</p><p>bifosfoglicerato são convertidas a duas moléculas de piruvato.</p><p>NADH é um carreador temporário de elétrons e precisa ser</p><p>reoxidado a NAD+ para que a glicólise ocorra. As células têm quantidades</p><p>limitadas de NAD que são produzidos a partir da vitamina niacina.</p><p>O 1,3 bifosfoglicerato é convertido a 3-fosfoglicerato com</p><p>produção de ATP a partir do fosfato de alta energia contido na molécula.</p><p>A reação é catalisada pela enzima fosfoglicerato quinase e inicia a fase</p><p>de ganho de energia. Nesta etapa da via é realizada a recuperação das</p><p>duas moléculas de ATP investidas inicialmente, uma molécula de ATP</p><p>para cada molécula de 3-fosfoglicerato formado.</p><p>A enzima fosfoglicerato mutase converte o 3-fosfoglicerato</p><p>a 2-fosfoglicerato, o qual será desidratado e transformado em</p><p>fosfoenolpiruvato pela ação da enolase.</p><p>A piruvato quinase catalisa fosforilação em nível de substrato, ou</p><p>seja, a síntese de ATP durante a conversão do composto de alta energia</p><p>chamado fosfoenolpiruvato a piruvato. Esta reação não é reversível sob</p><p>condições intracelulares (DEVLIN, 1998). A piruvato quinase é importante</p><p>ponto de regulação da via glicolítica, sofre regulação alostérica sendo</p><p>inibida por elevadas concentrações de ATP, sendo estimulada por</p><p>frutose 1,6-bifosfato.</p><p>Grande parte da energia contida na molécula de glicose é</p><p>conservada pela fosforilação acoplada de quatro moléculas de ADP as</p><p>quais são convertidas a ATP. O rendimento líquido são duas moléculas</p><p>Bioquímica Humana 23</p><p>de ATP por molécula de glicose utilizada, uma vez que duas moléculas</p><p>de ATP foram consumidas na fase preparatória. A energia também é</p><p>conservada na fase de compensação (fase de ganho) com formação de</p><p>duas moléculas de NADH por molécula de glicose. Cada molécula de</p><p>NADH libera hidrogênios e elétrons na cadeia respiratória mitocondrial</p><p>para produção de 2,5 ATP.</p><p>Figura 1 - Equação geral da glicólise</p><p>O produto final da glicólise, o piruvato, contém a maior parte da</p><p>energia química existente na glicose. Pode ser oxidado com perda do</p><p>grupo carboxil na forma de CO2 para gerar Acetil-coenzima A que é</p><p>oxidado a CO2 e H2O no ciclo do ácido cítrico, estas reações ocorrem no</p><p>interior da mitocôndria. Os elétrons originados das oxidações realizada</p><p>no ciclo do ácido cítrico são transferidos para o oxigênio molecular pela</p><p>cadeia transportadora de elétrons presente na membrana mitocondrial</p><p>interna, formando água metabólica. A energia liberada nas reações de</p><p>transferência de elétrons descrita anteriormente proporciona a síntese</p><p>de ATP pela enzima ATP sintase também presente na cadeia respiratória</p><p>mitocondrial.</p><p>O piruvato pode seguir outros destinos como ser convertido ao</p><p>aminoácido alanina ou ser desviado para síntese de ácidos graxos. Pode</p><p>também ser reduzido a lactato quando o músculo esquelético está</p><p>trabalhando sobre baixas tensões de oxigênio (hipóxia) em que o NADH</p><p>não pode entregar seus elétrons e hidrogênio na cadeia respiratória para</p><p>ser reoxidado a NAD+. O NAD+ (forma oxidada) é necessário como aceptor</p><p>de elétrons para oxidação do piruvato. Sob estas condições, o piruvato é</p><p>reduzido a lactato, recebendo elétrons do NADH e regenerando o NAD+</p><p>necessário para continuidade da via glicolítica.</p><p>Agora que já compreendemos como as células extraem parte da</p><p>energia química das moléculas de glicose, o próximo passo é entender</p><p>como a glicose pode ser armazenada e posteriormente utilizada na</p><p>manutenção da glicemia (pelo fígado) ou como reserva de energia para</p><p>realização de contração muscular.</p><p>Bioquímica Humana24</p><p>Glicogênese</p><p>O glicogênio é a forma de armazenamento de glicose em uma</p><p>maneira rapidamente mobilizável. Os principais estoques encontram-se</p><p>no fígado (100g) e no músculo esquelético (300g).</p><p>VOCÊ SABIA?</p><p>O amido é a forma de armazenamento da glicose por</p><p>vegetais, sendo metabolizável pelo organismo humano.</p><p>Assim como o glicogênio, é um polímero de glicose</p><p>diferindo apenas na estrutura. Amido é composto por</p><p>amilose e amilopectina. A amilopectina é uma molécula</p><p>ramificada enquanto a amilose é linear. O amido é digerido</p><p>pela enzima amilase como o glicogênio.</p><p>O glicogênio é um homopolissacarídeo de cadeia ramificada</p><p>formado apenas por moléculas de glicose, ou seja, um polímero de</p><p>glicose. A união glicosídica primária é uma ligação α (1→4). Após 8 a</p><p>10 resíduos de glicosil, existe uma ramificação contendo uma ligação</p><p>α (1→6). O glicogênio fica armazenado em grânulos no citosol celular</p><p>que contém enzimas tanto de síntese quanto de degradação desse</p><p>polissacarídeo.</p><p>A formação do glicogênio necessita de ATP e uma molécula</p><p>chamada trifosfato de uridina (UTP). A enzima envolvida na síntese do</p><p>glicogênio é a glicogênio sintase responsável pela formação das ligações</p><p>α (1→4) entre os resíduos de glicose (glicosil). Esta enzima só pode</p><p>alongar cadeias já existentes de glicose. A glicogênio sintase é ativada</p><p>alostericamente por elevadas concentrações de glicose 6-fosfato.</p><p>Na ausência de fragmentos de glicogênio, uma proteína chamada</p><p>glicogenina pode servir como aceptora de resíduos de glicose. Essa</p><p>molécula fica no centro da molécula de glicogênio e tem função</p><p>enzimática, catalisa a auto-glicosilação de tirosina de uma subunidade</p><p>por outra fixando o C1 da UDP-glicose.</p><p>O glicogênio pode ser formado de duas maneiras. A partir da</p><p>adição de glicose a uma cadeia de glicogênio pré-existente ou por</p><p>meio da glicogenia, uma proteína iniciadora necessária a síntese do</p><p>polissacarídeo quando não existe reserva pré-existente de glicogênio.</p><p>Bioquímica Humana 25</p><p>A D-glicose ligada ao difosfato de uridina (UDP) é a fonte de todos</p><p>os resíduos glicosil que são adicionados a molécula de glicogênio em</p><p>formação. A UDP-glicose é sintetizada a partir da glicose 1-fosfato e de</p><p>UTP pela UDP-glicose pirofosforilase. A glicose 6-fosfato é convertida</p><p>em glicose 1-fosfato pela fosfoglicomutase.</p><p>As ramificações são formadas pela ação da enzima de ramificação</p><p>amilo α-(1→4)→α-(1→6)–transglicosidase. A enzima tem como função a</p><p>transferência de uma cadeia contendo 7 ultimas unidades de glicose</p><p>da posição α-(1→4) para uma hidroxila do C6 na posição α-(1→6). Esta</p><p>enzima troca o fosfato do carbono C1 da glicose por UDP. As ramificações</p><p>são importantes porque aumentam a solubilidade do glicogênio, bem</p><p>como a velocidade de síntese e degradação da molécula.</p><p>Via da pentose fosfato</p><p>Na maioria dos tecidos animais o principal destino catabólico da</p><p>glicose 6-fosfato é a degradação glicolítica até piruvato. A maior parte</p><p>do piruvato formado é totalmente oxidado pelo ciclo do ácido cítrico</p><p>e os equivalentes redutores decorrentes desse ciclo são utilizados na</p><p>síntese de energia como ATP.</p><p>Esta via é composta por duas fases: uma fase oxidativa com</p><p>reações irreversíveis e uma fase não oxidativa contendo reações</p><p>reversíveis.</p><p>A fase oxidativa reduz NADP+ a NADPH necessário para reações</p><p>de reduções biossintéticas ou para diminuir efeitos deletérios de radicais</p><p>de oxigênio regenerando o sistema antioxidante da glutationa. Tecidos</p><p>utilizam NADPH para síntese de ácidos graxos, colesterol e hormônios</p><p>esteroides.</p><p>A fase não oxidativa é fundamental para produção de pentoses</p><p>fosfato como ribose e desoxirribose utilizadas na síntese de RNA, DNA,</p><p>bem como produção de coenzimas como ATP, NAD, FAD, Coenzima A. A</p><p>via das pentoses é mais efetiva em células que se dividem rapidamente</p><p>como medula óssea, pele e mucosa intestinal, por exemplo. Fundamental</p><p>em células que produzem nucleotídeos, blocos constitutivos na síntese</p><p>de ácidos nucléicos.</p><p>Bioquímica Humana26</p><p>Em estado alimentado e presença de insulina, a glicose 6-fosfato</p><p>é repartida entre a via glicolítica e a via das pentoses fosfato de acordo</p><p>com a necessidade celular determinada pela razão entre NADPH/NADP+.</p><p>Quando a razão NADPH/NADP+ está reduzida parte da glicose</p><p>6-fosfato é oxidada pela glicose 6-fosfato desidrogenase originando</p><p>6-fosfogliconolactona com a redução do primeiro NADP+ a NADPH. A</p><p>6-fosfogliconolactona é hidrolisada pela ação da 6-fosfogliconato hidrolase</p><p>sendo convertida a 6-fosfogliconato. Em seguida 6-fosfogliconato é</p><p>descarboxilado a ribulose 5-fosfato originando o segundo NADPH da</p><p>reação e uma molécula de CO2. Estas reações pertencem a fase oxidativa</p><p>da via e cessam ao elevar a concentração de NADPH, o qual inibe a</p><p>atividade enzimática da glicose 6-fosfato desidrogenase.</p><p>A ribulose 5-fosfato pode ser convertida a ribose 5-fosfato pela</p><p>fosfopentose –isomerase em células que produzem ácidos nucleicos. Esta</p><p>molécula também pode ser convertida a intermediários da via glicolítica</p><p>como frutose 6-fosfato e gliceraldeído 3-fosfato. Estas reações constituem</p><p>a fase não oxidativa da via das pentoses-fosfato e são reversíveis.</p><p>Vias metabólicas no estado de jejum</p><p>Ao cessar a absorção a glicemia vai declinando passando de</p><p>hiperglicemia para normoglicemia. A liberação de insulina diminui e a</p><p>inibição sobre o glucagon também declina. Inicia-se a glicogenólise.</p><p>Quando o estoque de glicogênio de músculo e fígado não é suficiente,</p><p>ou seja, durante períodos entre refeições e períodos de jejum mais</p><p>longos, ou após exercício vigoroso, o glicogênio esgota-se. Nestas</p><p>situações, o organismo inicia a gliconeogênese ou formação de glicose.</p><p>Iniciaremos nossas discussões com a glicogenólise e em seguida</p><p>discorreremos sobre a gliconeogênese.</p><p>Glicogenólise</p><p>Para que ocorra o glicogenólise é necessário</p><p>que haja liberação</p><p>de glucagon. O glucagon e adrenalina quando ligados a receptores</p><p>de membranas sinalizam a necessidade de degradação de glicogênio</p><p>para elevar a concentração de glicose disponível fornecendo energia</p><p>Bioquímica Humana 27</p><p>as células. Estes hormônios ativam a proteína cinase A dependente de</p><p>adenosina monofosfato cíclico (AMP cíclico).</p><p>A ativação de proteína cinase A (PKA) dependente de AMP</p><p>cíclico fosforila (inativa) a glicogênio sintase, enzima utilizada na</p><p>síntese de glicogênio. PKA promove ativação da foforilase-quinase</p><p>b que ativa a glicogênio fosforilase responsável pelo processo de</p><p>degradação do glicogênio denominado glicogenólise. A PKA também</p><p>ativa por fosforilação a enzima inibidor-1 que inibe a fosfatase proteica</p><p>e consequentemente impede a inibição da fosforilase mantendo a</p><p>degradação do glicogênio.</p><p>A glicogenólise ocorre de forma rápida e eficiente. As ramificações</p><p>presentes nas moléculas do polissacarídeo possibilitam a ação de várias</p><p>fosforilases simultaneamente a partir das extremidades não redutoras.</p><p>A função do glicogênio muscular é servir como fonte de reserva</p><p>de combustível para síntese de ATP durante a contração muscular</p><p>em períodos de intensa atividade física. Em condições anaeróbicas, o</p><p>músculo pode utilizar a glicose liberada do glicogênio como suprimento</p><p>para fornecer energia em condições de baixa tensão de oxigênio.</p><p>Músculo em atividade intensa exige consumo rápido de ATP.</p><p>A adrenalina promove a liberação de glicose a partir do glicogênio</p><p>hepático, bem como a quebra de glicogênio muscular.</p><p>O glicogênio é a primeira forma de energia armazenada buscada</p><p>pelo corpo para executar suas tarefas.</p><p>O glicogênio hepático proporciona o controle e manutenção da</p><p>glicemia, especialmente durante períodos de jejum.</p><p>VOCÊ SABIA?</p><p>As enzimas glicogênio fosforilase do fígado e músculo</p><p>esquelético são isoenzimas que diferem em suas</p><p>propriedades reguladoras, além de serem codificadas por</p><p>genes diferentes. Durante o impulso nervoso na junção</p><p>neuromuscular, ocorre despolarização de membrana e</p><p>liberação de cálcio de retículo endoplasmático liso na</p><p>fibra muscular. O cálcio ativa a fosforilase do músculo e o</p><p>processo de glicogenólise liberando glicose que é utilizada</p><p>como combustível energético para contração muscular.</p><p>Bioquímica Humana28</p><p>As enzimas utilizadas no processo de glicogenólise são:</p><p>fosfoglicomutase, desramificação do glicogênio e glicogênio fosforilase.</p><p>A glicogênio fosforilase catalisa a clivagem fosforolítica do</p><p>glicogênio, ou seja, catalisa a reação onde a ligação glicosídica α-(1→4)</p><p>é atacada pelo fósforo inorgânico (PPi) removendo o resíduo de glicose</p><p>1-fosfato na extremidade não redutora do glicogênio. A ação desta</p><p>enzima continua até que encontre ligações glicosídicas α-(1→6). Nesta</p><p>hora a enzima de desramificação conhecida por oligo α-(1→6) a α-(1→4)</p><p>glican-transferase, catalisa duas reações enzimáticas que promovem</p><p>remoção de ramificações.</p><p>A enzima de desramificação tem dois sítios ativos: o sítio amilo</p><p>α-(1→6) glicosidade e α-(1→4) glicantransferase, apresentando ação</p><p>de glicosidase e glicotransferase. A atividade de glicosidase remove 3</p><p>unidades de glicosil de uma ramificação para outra. A glicose em uma</p><p>ligação α-(1→6) da ramificação é removida pela ação da glicosidase.</p><p>A glicose 1-fosfato liberada pela ação enzimática do glicogênio-</p><p>fosforilase é convertida a glicose 6-fosfato pela enzima fosfoglicomutase.</p><p>A glicose 6-fosfato não atravessa membranas biológicas e, portanto, será</p><p>convertida a glicose pela ação da enzima glicose 6-fosfatase presente</p><p>apenas no fígado, rins e intestino.</p><p>O metabolismo do glicogênio é de fundamental importância</p><p>para manter a homeostase do organismo e a sua disfunção tem como</p><p>consequência as glicogenoses. Glicogenoses resultam de alterações</p><p>genéticas que refletem na tradução de enzimas de síntese ou degradação</p><p>do glicogênio disfuncionais.</p><p>Existem doze tipos conhecidos de glicogenoses dentre as mais</p><p>comuns encontram-se os tipos I, II, III e V.</p><p>A glicogenose tipo I também chamada de doença de Von Gierke é</p><p>causada por deficiência na enzima glicose 6- fosfatase responsável pela</p><p>hidrólise da glicose 6-fosfato em glicose e fosfato que ocorre durante a</p><p>glicogenólise em fígado, intestino e rins (SANTOS-ANTUNES, 2009). Os</p><p>tipos I de glicogenoses podem ser subdivididos em Ia, Ib, Ic e Id.</p><p>O tipo Ia apresenta uma disfunção no complexo enzimático</p><p>da glicose 6-fosfatase, enquanto o tipo Ib apresenta o transporte</p><p>deficiente de glicogênio 6-fosfato do citosol para o lúmen do retículo</p><p>Bioquímica Humana 29</p><p>endoplasmático, ou seja, defeito da glicose 6-translocase (OZEN, 2007).</p><p>Glicogenose Ic é caracterizada por um defeito no transportador de fosfato</p><p>do retículo endoplasmático ao citoplasma da célula e tipo Id associada</p><p>a uma disfunção na saída de glicose dos tecidos que possuem glicose</p><p>6-fosfatase (SANTOS-ANTUNES, 2009). Todas as glicogenoses do tipo</p><p>I comprometem a glicemia pela ausência de metabolização correta do</p><p>glicogênio armazenado. Esse fato ocasiona hipoglicemia, hepatomegalia,</p><p>hiperlipidemia, hiperuricemia entre outros sintomas (REIS et al., 2001). Os</p><p>primeiros sintomas surgem nos primeiros 28 dias de vida com episódios</p><p>de hipoglicemia e hepatomegalia (REIS et al., 1999).</p><p>Doença de Pompe ou glicogenose tipo II é a mais grave e muitas</p><p>vezes fatal (MELLIES-LAFASO,2009). Ocorre acúmulo de glicogênio</p><p>lisossômico nas células de tecidos musculares (SAVEGNAGO et al., 2012)</p><p>como resultado da deficiência da enzima α-glicosidase ácida. Sintomas</p><p>associados a essa doença envolvem insuficiência respiratória precedida</p><p>de fraqueza muscular iniciada na infância.</p><p>Glicogenose do tipo III também chamada de doença de Cori</p><p>caracterizada por deficiência da enzima desramificadora do glicogênio.</p><p>Esse distúrbio promove acúmulo de glicogênio no citosol celular,</p><p>dificultando o funcionamento principalmente do músculo e fígado podendo</p><p>ser subdividido em quatro tipos de acordo com os sintomas (IIIa, IIIb, IIIc</p><p>e IIId). As glicogenoses IIIa e IIIc afetam tanto células musculares quanto</p><p>células hepáticas causando miopatias e hepatopatias respectivamente.</p><p>Em todos os casos observa-se hepatomegalia na infância.</p><p>Doença de McArdle constitui uma glicogenose tipo V que representa</p><p>um distúrbio causado pela deficiência na enzima glicogênio fosforilase</p><p>dos músculos esqueléticos (miofosforilase), afetando a musculatura</p><p>esquelética e impedindo que o glicogênio seja hidrolisado (LORENZI et</p><p>al., 2005). Esta doença pode ser detectada pela ausência de elevação na</p><p>concentração sérica de lactato durante exercício físico intenso.</p><p>Gliconeogênese</p><p>O suprimento de glicose a partir de estoques de glicogênio</p><p>presentes em músculo esquelético e fígado não é suficiente para</p><p>fornecer energia entre as refeições ou durante períodos de jejum mais</p><p>Bioquímica Humana30</p><p>longos, ou ainda durante a prática de atividade física intensa. Nestas</p><p>situações o organismo precisa sintetizar glicose a partir de precursores</p><p>que não são carboidratos.</p><p>A gliconeogênese, “formação de novo açúcar”, é um processo que</p><p>converte piruvato e compostos com três ou quatro átomos de carbonos</p><p>em glicose.</p><p>Os precursores de glicose em animais compreendem compostos</p><p>contendo três átomos de carbono como lactato, piruvato, glicerol, além</p><p>dos aminoácidos glicogênicos. Em humanos e mamíferos em geral, a</p><p>gliconeogênese ocorre principalmente no fígado, em menor extensão no</p><p>córtex renal bem como em células epiteliais que revestem internamente</p><p>o intestino delgado.</p><p>A glicose, produto da gliconeogênese, passa dos locais de síntese</p><p>para o sangue e vai suprir os demais tecidos do organismo.</p><p>Após exercício intenso, o lactato produzido pela glicose anaeróbica</p><p>no músculo esquelético retorna ao fígado para ser convertido em</p><p>glicose, que por sua vez, pode retornar ao músculo onde é convertido</p><p>em glicogênio pelo ciclo de Cori.</p><p>A gliconeogênese e a glicólise não são reações idênticas ocorrendo</p><p>em direções opostas e sim reações diferentes que compartilham</p><p>várias enzimas utilizadas em ambas reações. Sete entre dez reações</p><p>enzimáticas da gliconeogênese são inversas as reações da glicólise.</p><p>Três reações da glicólise são essencialmente irreversíveis e não podem</p><p>ser utilizadas na gliconeogênese: reação de conversão da glicose em</p><p>glicose 6-fosfato catalisada pela hexocinase; fosforilação da frutose</p><p>6-fosfato em frutose 1,6 bifosfato pela enzima fosfofrutoquinase-1 (PFK-</p><p>1); e a conversão do fosfoenolpiruvato em piruvato pela piruvato cinase.</p><p>As reações irreversíveis da via glicolítica precisam ser contornadas</p><p>para que possam ocorrer.</p><p>A primeira reação de contorno constitui a conversão de piruvato em</p><p>fosfoenolpiruvato. Para que ocorra o contorno, o piruvato é transportado</p><p>do citosol para a mitocôndria ou gerado dentro desta organela a partir</p><p>da transaminação da alanina. Nessa reação o grupamento α-amino é</p><p>transferido da alanina para um α-cetoácido, gerando piruvato.</p><p>Bioquímica Humana 31</p><p>Na reação seguinte o piruvato deve ser convertido a oxaloacetato</p><p>pela enzima mitocondrial dependente de biotina chamada piruvato</p><p>carboxilase. Essa enzima é a primeira enzima regulada na via da</p><p>gliconeogênese, necessitando de grupamento acetil como um efetor</p><p>positivo. A reação de carboxilação necessita de biotina também conhecida</p><p>como vitamina B7 ou H que atua como grupo prostético de carboxilases.</p><p>A biotina atua como transportador de bicarbonato ativado em</p><p>todas as enzimas carboxilases. O ácido carbônico (HCO3 -) é formado</p><p>a partir de CO2 e H2O. O ácido carbônico é fosforilado para formar um</p><p>anidrido híbrido e a seguir a biotina desloca o fosfato na formação da</p><p>carboxibiotina.</p><p>A biotina é uma vitamina hidrossolúvel e, portanto, não é</p><p>armazenada no organismo devendo ser consumida diariamente por meio</p><p>da dieta. A biotina pode ser encontrada em alimentos como amendoim,</p><p>chocolate, fígado, soja e nozes.</p><p>O oxaloacetato não atravessa a membrana mitocondrial e precisa ser</p><p>convertido a malato antes de ser exportado para o citosol, onde ocorre a</p><p>formação de glicose. A enzima malato-desidrogenase reduz o oxaloacetato</p><p>a malato em presença de NADH que é oxidado a NAD+. O malato atravessa</p><p>a membrana mitocondrial por um transportador e segue em direção ao</p><p>citosol onde é reoxidado a oxaloacetato com produção NADH citosólico.</p><p>Oxaloacetato é convertido a fosfoenolpiruvato pela ação da enzima</p><p>fosfoenolpiruvato-caboxicinase dependente do mineral magnésio e GTP</p><p>(guanosina trifosfato) como doador de grupamento fosfato. A reação é</p><p>irreversível na célula.</p><p>REFLITA:</p><p>Reações de transaminação são catalisadas por enzimas</p><p>denominadas transaminases ou aminotransferases cujo</p><p>grupo prostético é derivado da vitamina B6. A vitamina B6</p><p>não pode ser produzida pelas células e deve ser obtida</p><p>através da dieta. Principais alimentos contendo vitamina</p><p>B6 são: Carne de porco, vísceras, farelo e germe de trigo,</p><p>leite, gema de ovo, farinha de aveia, cereais integrais,</p><p>leguminosas, banana, salmão, batata, abacate, repolho,</p><p>cenoura, vegetais verde escuros.</p><p>Bioquímica Humana32</p><p>Um segundo contorno envolve a conversão de frutose</p><p>1,6-bifosfato a frutose 6-fosfato. A geração de frutose 6-fosfato a partir</p><p>de frutose 1,6-bifosfato é catalisada por uma enzima dependente de</p><p>magnésio chamada frutose 1,6-bifosfatase (FBase-1) que promove a</p><p>hidrólise irreversível do fosfato no carbono C1 da frutose 1,6-bifosfato.</p><p>Regulação das vias glicolítica e gliconeogênica pela frutose 2,6</p><p>bifosfato. Nas células hepáticas, o glucagon exerce um papel importante</p><p>na regulação das velocidades das vias glicólise e gliconeogênese, por</p><p>meio da influência sobre as concentrações de frutose 2,6-bisfosfato</p><p>(F2,6BP). Concentrações baixas de frutose 2,6-bisfosfato (F2,6BF) levam</p><p>a uma taxa reduzida de glicólise e a um aumento da gliconeogênese. A</p><p>F2,6BP é um ativador da enzima glicolítica fosfofrutoquinase-1 (PKF-1);</p><p>assim, níveis mais baixos de F2,6BP resultam em taxas mais reduzidas de</p><p>glicólise. Além disso, a F2,6BP é um inibidor da enzima gliconeogênica</p><p>frutose 1,6-bisfosfatase e, consequentemente, níveis mais baixos de</p><p>F2,6BP diminuem a inibição da enzima e aumentam a gliconeogênese.</p><p>A reação final da gliconeogênese é a desfosforilação da glicose</p><p>6-fosfato para formação de glicose. A reação é catalisada pela glicose</p><p>6-fosfatase e não requer ATP, sendo a hidrólise simples de uma ligação</p><p>éster-fosfato. Em condições intracelulares a variação de energia livre padrão</p><p>da glicólise e gliconeogênese são negativas e, portanto, irreversíveis nas</p><p>células.</p><p>RESUMINDO:</p><p>E então? Gostou do que lhe mostramos? Aprendeu</p><p>mesmo tudinho? Agora, só para termos certeza de</p><p>que você realmente entendeu o tema de estudo deste</p><p>capítulo, vamos resumir tudo o que vimos. Você deve ter</p><p>aprendido que no estado alimentado, a insulina estimula</p><p>a via da glicólise a qual por meio de dez reações converte</p><p>a glicose duas moléculas de piruvato e ATP. Parte da</p><p>glicose absorvida é convertida em glicogênio no músculo</p><p>esquelético e fígado. Parte da glicose é desviada também</p><p>para via das pentoses, com o objetivo de produzir NADPH</p><p>utilizado em reações biossintéticas, bem como pentoses-</p><p>fosfato para síntese de DNA e RNA.</p><p>Bioquímica Humana 33</p><p>Oxidação do Acetil- Coenzima A e</p><p>produção do ATP</p><p>RESUMINDO:</p><p>No estado de jejum, os níveis de glucagon aumentam</p><p>induzindo a quebra do glicogênio para produção de</p><p>energia. No músculo esquelético o glicogênio é utilizado</p><p>para suprir as necessidades energéticas de suas células,</p><p>enquanto o glicogênio hepático é convertido a glicose e</p><p>exportado pela corrente sanguínea aos demais tecidos.</p><p>Durante a depleção do glicogênio, jejum prolongado,</p><p>inicia-se a síntese endógena de glicose também chamada</p><p>de gliconeogênese que utiliza muitas das enzimas</p><p>participantes da via glicolítica, apresentando três reações</p><p>de contorno necessárias para formação da glicose. A</p><p>gliconegênese ocorre no fígado, rins e intestino. No próximo</p><p>capítulo será descrito como ocorre a oxidação do Acetil-</p><p>coenzima A e a produção de energia na forma de ATP.</p><p>INTRODUÇÃO:</p><p>Ao término deste capítulo você será capaz de entender</p><p>como o piruvato, produto da glicólise, é convertida a</p><p>Acetil –coenzima A e como sua oxidação completa afeta</p><p>a produção de ATP. Compreenderá também como as</p><p>desordens no metabolismo de carboidratos promovem</p><p>desenvolvimento de patologias. Isto será fundamental</p><p>para o exercício de sua profissão. E então? Motivado para</p><p>desenvolver esta competência? Então vamos lá. Avante!</p><p>Conversão de Piruvato a Acetil-Coenzima A</p><p>O ciclo do ácido cítrico também conhecido como ciclo de Krebs</p><p>possui oito etapas e ocorre no interior da mitocôndria, próximo a cadeia</p><p>respiratória. Neste ciclo não há consumo ou produção de intermediários,</p><p>embora esses intermediários passam ser produzidos pelo catabolismo</p><p>de alguns aminoácidos como veremos no decorrer desta unidade. É</p><p>considerado a via final para o qual converge o metabolismo oxidativo</p><p>Bioquímica Humana34</p><p>de carboidratos, aminoácidos, ácidos graxos produzindo CO2, H2O e</p><p>equivalentes redutores.</p><p>Para iniciar o ciclo, o piruvato produto final da glicólise precisa</p><p>entrar na mitocôndria e ser convertido a Acetil-Coenzima A (Acetil-coA).</p><p>No interior da mitocôndria é descarboxilado e oxidado pela ação do</p><p>complexo enzimático piruvato desidrogenase (PiDH) sendo convertido</p><p>a Acetil-coA.</p><p>O complexo PiDH é composto por três enzimas e cinco cofatores</p><p>que funcionam conjuntamente para formação do Acetil-coA.</p><p>A primeira enzima do complexo é chamada E1 ou piruvato</p><p>desidrogenase que dá nome ao complexo. Esta enzima está ligada ao</p><p>cofator tiamina pirofosfato que é a forma ativa da vitamina B1 e catalisa a</p><p>primeira etapa do ciclo. A conversão do piruvato a acetil acontece com a</p><p>retirada de um átomo de carbono localizado em C1 do piruvato liberado</p><p>na forma</p><p>de dióxido de carbono (CO2) com produção de NADH+ H+.</p><p>IMPORTANTE:</p><p>Vitamina B1 ou tiamina é fundamental para o funcionamento</p><p>do complexo PiDH. Na ausência desta vitamina o piruvato é</p><p>deslocado para formação de lactato ou pode se acumular</p><p>nas células. Podemos encontrar a vitamina B1 em aveia,</p><p>amendoim, castanha-do-Brasil, levedo de cerveja, gema</p><p>de ovo, fígado, cereais integrais, peixes, nozes, etc. A</p><p>deficiência severa está associada ao Beriberi.</p><p>A segunda enzima do complexo PiDH é chamada diidrolipoil</p><p>transacetilase responsável pela formação do grupo acetil a partir do</p><p>grupo hidroxietil derivado da reação anterior. Esta enzima utiliza o ácido</p><p>lipóico como cofator.</p><p>A terceira e última etapa é catalisada pela porção E3 do complexo</p><p>também conhecido como diidrolipoil-desidrogenase que transfere o</p><p>acetil para a Coenzima A em troca de um grupamento sulfidrila (-SH).</p><p>Os elétrons retirados do hidroxietil derivado do piruvato são entregues</p><p>ao NAD+ pelo FADH2 reduzindo-o a NADH nesta porção do complexo.</p><p>Bioquímica Humana 35</p><p>O complexo PiDH é ativado por cálcio ou elevação na concentração</p><p>de NAD+ (forma oxidado) e Coenzima A. Este complexo é inativado quando</p><p>ocorre aumento de piruvato, ATP, Acetil-coA e NADH (forma reduzida).</p><p>Etapas do ciclo do ácido cítrico</p><p>A acetil-coA formada a partir do piruvato como vimos anteriormente</p><p>se condensa com o oxaloacetato presente no ciclo de Krebs originando</p><p>citrato. Esta é a primeira etapa do ciclo sendo catalisada pela enzima</p><p>citrato sintase.</p><p>A segunda etapa envolve a isomerização do citrato a isocitrato</p><p>via atividade catalítica da enzima aconitase com liberação de uma</p><p>molécula de água. Na reação subsequente o isocitrato é descarboxilado</p><p>oxidativamente liberando uma molécula de CO2 e NADH durante a reação</p><p>catalisada pela isocitrato-desidrogenase resultando em α-cetoglutarato.</p><p>O α-cetoglutarato segue no ciclo de Krebs sendo convertido a</p><p>succinil-coenzima A com perda de uma molécula de CO2 e produzindo</p><p>a segunda molécula de NADH da via. A α-cetoglutarato desidrogenase</p><p>é um complexo enzimático com três enzimas homólogas a PiDH que</p><p>precisa de tiamina pirofosfato, FAD, NAD e coenzima A para ser ativada.</p><p>Succinil- coenzima A (succinil-coA) é convertida a succinato pela</p><p>enzima succinil-coenzima A sintetase, a qual forforila uma molécula de</p><p>GDP durante o processo. O succinato formato na reação anterior continua</p><p>o ciclo sendo oxidado a fumarato pela ação da succinato desidrogenase</p><p>e originando um FADH2 no processo. A enzima é inibida pelo aumento</p><p>no oxaloacetato.</p><p>REFLITA:</p><p>A vitamina B5 ou ácido pantotênico é parte integrante</p><p>da Coenzima A. Esta vitamina é encontrada em vários</p><p>alimentos e tem grande distribuição na natureza. FAD ou</p><p>FMN são flavoproteínas que participam de reações de</p><p>oxido-redução e tem como grupo prostético a riboflavina</p><p>também conhecida como vitamina B2. Vitamina B2 está</p><p>presente em fígado, ovos, leite integral, brócolis, espinafre,</p><p>couve. Vitamina B3 ou niacina também é utilizada na</p><p>produção de NAD e NAP como discutido anteriormente.</p><p>Bioquímica Humana36</p><p>O fumarato sofre hidratação sendo convertido a malato pela ação</p><p>reversível da fumarase. Malato por sua vez é oxidado a oxaloacetato em</p><p>uma reação que produz o terceiro NADH do ciclo e ocorre pela ação</p><p>enzimática da malato-desidrogenase.</p><p>Dentre as oito etapas do ciclo, quatro constituem reações de</p><p>oxidação que conserva a energia na forma de equivalentes redutores</p><p>NADH e FADH2 .</p><p>Algumas enzimas do ciclo podem sofrer regulação entre elas</p><p>encontram-se a citrato sintase, isocitrato-desidrogenase e complexo</p><p>α-cetoglutarato desidrogenase. Estas enzimas apresentam aumento</p><p>na velocidade de reação quando em presença de cálcio ou quando há</p><p>elevadas concentrações de ADP ou NAD+, indicativo de falta de energia</p><p>nas células. Elevações nas concentrações de ATP ou NADH reduzem a</p><p>velocidade de reações catalisadas por estas enzimas.</p><p>IMPORTANTE:</p><p>α-cetoglutarato e oxaloacetato podem ser produzidos</p><p>a partir de glutamato e ácido aspártico por desaminação</p><p>oxidativa com auxílio de transaminases dependentes de</p><p>piridoxal-fosfato, forma ativa da vitamina B6. Fumarato</p><p>pode ser produzido pelo ciclo da ureia.</p><p>Os equivalentes redutores NADH e FADH2 são oxidados na cadeia</p><p>transportadora de elétrons localizada na membrana mitocondrial interna</p><p>com a formação de água metabólica e energia na forma de ATP.</p><p>Cadeia transportadora de elétrons e</p><p>Fosforilação oxidativa</p><p>A energia liberada pela oxidação de nutrientes é utilizada pelo</p><p>organismo na forma de energia química chamada ATP. A produção de</p><p>ATP na mitocôndria resulta do processo fosforilação oxidativa na qual o</p><p>ADP recebe um grupamento fosfato sendo convertido a ATP.</p><p>Membrana mitocondrial interna é a via final na qual os elétrons</p><p>provenientes de diferentes combustíveis do organismo fluem para</p><p>o oxigênio que constitui o aceptor final de elétrons. O transporte de</p><p>Bioquímica Humana 37</p><p>elétrons e a síntese de ATP ocorrem continuamente em todos os tecidos</p><p>que contêm mitocôndrias.</p><p>Componentes da cadeia respiratória e suas funções</p><p>A cadeia transportadora de elétrons é composta por cinco</p><p>complexos multienzimáticos presentes na membrana mitocondrial.</p><p>Cada complexo, aceita ou doa elétrons que são trocados entre esses</p><p>complexos e carreadores tais como a coenzima Q e o citocromo c.</p><p>Cada carreador presente na cadeia respiratória recebe elétrons de um</p><p>doador e os repassa para o próximo carreador na cadeia até que atinjam</p><p>o oxigênio, aceptor final de elétrons, formando água. O complexo</p><p>V ou ATP- sintase é o local onde ocorre a fosforilação oxidativa que</p><p>discutiremos a seguir.</p><p>IMPORTANTE</p><p>A medida que os elétrons fluem pela cadeia transportadora,</p><p>perdem muita energia livre a qual será utilizada em parte</p><p>para produção de ATP e o restante será liberada na forma</p><p>de calor.</p><p>O complexo I também conhecido como NADH desidrogenase</p><p>é o local onde a desidrogenase retira o íon hidreto e o próton livre do</p><p>NADH resultante da oxidação de substratos. Os hidrogênios juntamente</p><p>com os elétrons (2elétrons + 2H+) são transferidos para flavoproteína</p><p>FMN (Flavina mononucleotídeo), reduzindo a FMNH2. Neste complexo</p><p>existem centros ferro-enxofre que recebem os elétrons da FMNH2 e os</p><p>repassam à coenzima Q ou ubiquinona.</p><p>A membrana mitocondrial interna é impermeável ao NADH formado</p><p>no citosol pela ação da enzima gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase</p><p>na via glicólise. Para que ocorra a oxidação é necessário um sistema de</p><p>transporte indireto chamado Lançadeira. A lançadeira malato-aspartato</p><p>utilizada por fígado, rins e coração. Neste sistema de transporte o</p><p>oxaloacetato é reduzido pelo NADH (formando NAD+) originando malato</p><p>que atravessa a membrana da mitocôndria onde é oxidado (formando</p><p>NADH) a oxaloacetato que recebe um grupamento amino e sai da</p><p>Bioquímica Humana38</p><p>mitocôndria como aspartato. NADH entrega seu próton e elétrons no</p><p>complexo I da cadeia respiratória. Lançadeira glicerol 3-fosfato é utilizada</p><p>por tecido muscular esquelético e encéfalo. Nesta lançadeira a enzima</p><p>glicerol 3-fosfato desidrogenase catalisa a redução da dihidroxicetona</p><p>fosfato a glicerol 3-fosfato com oxidação de NADH citosólico (formando</p><p>NAD+). O glicerol 3-fosfato vai até a membrana interna que contém FAD</p><p>regenerando a dihidroxicetona fosfato formando FADH2 que entrega seus</p><p>elétrons na cadeia respiratória para formação de ATP.</p><p>O complexo II ou succinato desidrogenase é composto por 4</p><p>subunidades proteicas e centro ferro enxofre. A succinato desidrogenase</p><p>é a enzima responsável pela oxidação do succinato a fumarato. Lembrado</p><p>que todas as enzimas participantes no ciclo do ácido cítrico estão presentes</p><p>na matriz mitocondrial com exceção da succinato desidrogenase. A ação</p><p>desta enzima resulta na formação de FADH2 a qual transfere seus elétrons</p><p>e prótons para a coenzima Q via centro ferro-enxofre.</p><p>Cada NADH é responsável pela produção de 2,5 ATP durante</p><p>a</p><p>fosforilação oxidativa e cada FADH2 produz 1,5 molécula de ATP.</p><p>A coenzima Q é um lipídeo notável com papel essencial na</p><p>transferência de elétrons entre os complexos I e II da cadeia respiratória</p><p>para o complexo III. É cofator de outras desidrogenases, modulador da</p><p>permeabilidade do poro de transição mitocondrial e um antioxidante</p><p>essencial. Na cadeia transportadora de elétrons transfere elétrons do</p><p>NADH: coenzima Q redutase (Complexo I) e succinato: Coenzima Q</p><p>redutase (Complexo II) para coenzima Q: citocromo c redutase (Complexo</p><p>III) (ACOSTA et al., 2016). A ubiquinona pode aceitar 1 elétron se tornando</p><p>radical semiquinona (QH-) ou 2 elétrons para formar ubiquinol (QH2)</p><p>constituindo também um transportador de prótons (H+).</p><p>Com exceção da coenzima Q, todos os membros da cadeia</p><p>respiratória são proteínas.</p><p>O Complexo III (citocromo bc1) possui dois citocromos b, centro</p><p>ferro-enxofre e citocromo c1. Neste complexo os elétrons podem fluir</p><p>por duas vias separadas através de dois citocromos, tipo b e tipo c1, em</p><p>direção a um centro ferro-enxofre. Este complexo oxida a ubiquinona</p><p>reduzida (ubiquinol) e transfere elétrons dos centros ferro-enxofre</p><p>presentes no complexo para o citocromo c, uma proteína periférica,</p><p>Bioquímica Humana 39</p><p>fracamente presa à membrana interna e que transfere elétrons do</p><p>Complexo III ao Complexo IV.</p><p>O Complexo IV (citocromo c oxidade; ou oxidase ‘normal’), contém,</p><p>dentre outros, um citocromo c, citocromo a e citocromo a3. O Complexo IV</p><p>é a oxidase terminal e promove a redução do O2 a duas moléculas de H2O.</p><p>A passagem de elétrons pelos complexos respiratórios promove</p><p>a translocação de prótons (H+) da matriz mitocondrial para o espaço</p><p>intermembranas. Essa translocação de prótons gera alteração elétrica,</p><p>bem como alteração de pH entre matriz mitocondrial e espaço</p><p>intermembrana. Esse gradiente de prótons conhecido como força próton-</p><p>motriz, impulsiona a síntese de ATP a partir de ADP e fosfato inorgânico</p><p>pelo complexo V da cadeia respiratória também chamado de ATP- sintase.</p><p>Fosforilação oxidativa – Síntese de ATP</p><p>O transporte de elétrons está acoplado a fosforilação oxidativa</p><p>do ADP pelo transporte de prótons através da membrana mitocondrial</p><p>interna.</p><p>A síntese de ATP ocorre no complexo V também conhecido como</p><p>ATP-sintase. ATP-sintase apresenta dois componentes estruturais: F0,</p><p>proteína integral de membrana e F1 que constitui proteína periférica de</p><p>membrana-matriz. Este complexo catalisa a formação de ATP a partir de</p><p>ADP e Pi acompanhado do fluxo de prótons do espaço intermenbranas</p><p>para a matriz.</p><p>A hipótese quimiosmótica propõe que os prótons transferidos ao</p><p>espaço intermembrana durante a passagem de elétrons pela cadeia</p><p>respiratória, retornam a matriz mitocondrial passando pelo canal da</p><p>ATP-sintase, resultando então na síntese de ATP a partir de ADP e Pi, ao</p><p>mesmo tempo dissipando o gradiente elétrico e de pH (CHAMPE, 2006).</p><p>A membrana mitocondrial interna é impermeável a maioria dos</p><p>íons pequenos como H+, Na+, K+ e moléculas pequenas como ADP, ATP e</p><p>piruvato entre outros. Para mover estas substancias através da membrana</p><p>é necessário uso de carreadores. No caso do ATP produzido no interior da</p><p>matriz mitocondrial é conduzido ao citosol pela troca por ADP e Pi presentes</p><p>no citosol das células. O deslocamento do ATP para fora da matriz é</p><p>acoplado a importação de ADP e Pi produzido no citosol a partir de ATP.</p><p>Bioquímica Humana40</p><p>O ATP é utilizado na biossíntese de macromoléculas, contração</p><p>muscular, transporte ativo e termogênese. Ele é produto do catabolismo</p><p>de carboidratos, lipídeos e proteínas.</p><p>EXPLICANDO MELHOR:</p><p>Para cada molécula de glicose oxidada são produzidos 2</p><p>ATPs e 2NADHs pela via glicolítica e a formação de duas</p><p>moléculas de piruvato. A conversão de 2 piruvatos a 2 acetil-</p><p>CoA origina 2 NADHs. No ciclo de Krebs são produzidos 3</p><p>NADHs, 1 FADH2 e 1 GTP por molécula de Acetil-coA que</p><p>entra no ciclo. Como são formadas 2 moléculas de Acetil-</p><p>CoA por molécula de glicose temos o dobro de equivalentes</p><p>redutores. GTP é convertido a ATP. 1 NADH equivale a 2,5</p><p>ATP enquanto um FADH2 resulta na produção de 1,5 ATP.</p><p>Somando as equações temos a formação total de 32 ATPs</p><p>por molécula de glicose oxidada.</p><p>Desacopladores são substâncias capazes de dissociar o</p><p>transporte de elétrons da fosforilação oxidativa, ou seja, o transporte de</p><p>elétrons funciona mas sem produção de ATP. Exemplo: 2,4 dinitrofenol</p><p>que se associa a prótons no exterior da mitocôndria impedindo a</p><p>formação de gradiente de prótons e aumentando a velocidade da</p><p>cadeia transportadora de elétrons. Inibidores de fosforilação oxidativa,</p><p>a exemplo oligomicina, se liga a ATP-sintase e impede o retorno dos</p><p>prótons à matriz mitocondrial. Oligomicina é um antibiótico que impede</p><p>a síntese de ATP e consequentemente a fluência de elétrons na cadeia</p><p>transportadora de elétrons.</p><p>Defeitos genéticos mitocondriais ou nucleares envolvendo enzimas</p><p>utilizadas no processo de respiração celular diminuem a relação ATP: ADP.</p><p>Tecidos com elevada demanda energética (cérebro, nervos, retina, esqueleto</p><p>e miocárdio) são particularmente vulneráveis. As manifestações clínicas mais</p><p>comuns são convulsões, hipotonia, oftalmoplegia, episódios de acidentes</p><p>vasculares, fraqueza muscular, constipação grave e cardiomiopatia.</p><p>Sabe-se que deficiências no funcionamento normal da cadeia</p><p>respiratória mitocondrial levam a uma rápida queda na obtenção</p><p>de energia, ou seja, comprometimento na síntese de ATP induzindo</p><p>Bioquímica Humana 41</p><p>aumento da produção de espécies reativas de oxigênio (ERO), lesão e</p><p>morte celular (ANKARCRONA et al., 1995).</p><p>As mutações mitocondriais e variantes têm sido envolvidas em</p><p>numerosas doenças do envelhecimento (p. ex., doença de Parkinson,</p><p>doença de Alzheimer, diabetes, surdez, tumores).</p><p>Desordens no metabolismo de</p><p>carboidratos</p><p>Formação de espécies reativas de oxigênio</p><p>e envelhecimento</p><p>Mitocôndrias estão envolvidas na produção de espécies reativas</p><p>de oxigênio (EROs) e desenvolvimento de estresse oxidativo. Estas</p><p>organelas representam as principais produtoras e também as organelas</p><p>mais prejudicadas pela produção de ERO durante o envelhecimento</p><p>(NOVELLI, 2005).</p><p>O envelhecimento é definido como acúmulo de danos celulares</p><p>ao longo do tempo, promovendo o desenvolvimento de doenças e morte</p><p>(CORNU et al., 2013). Durante este processo, ocorre declínio nas funções</p><p>celulares devido a esse acúmulo de danos, principalmente danos a</p><p>macromoléculas e organelas as quais não são devidamente removidas</p><p>(MORIMOTO & CUERVO, 2009). O processo de envelhecimento também</p><p>é associado com a redução das funções de órgãos decorrente de danos</p><p>oxidativos (FINKEL, 2005; HARMAN, 1956).</p><p>Danos oxidativos são causados por espécies reativas de oxigênio,</p><p>tais como radical superóxido (O2-), radical hidroxil (OH•) e peróxido de</p><p>hidrogênio (H2O2). EROs podem produzir danos aos tecidos ao promover</p><p>peroxidação de lipídios das membranas celulares, danos ao DNA e a</p><p>proteínas celulares.</p><p>EROs são essenciais para a sinalização química, detoxificação,</p><p>função imune e, como conseqüência, são continuamente produzidas</p><p>no organismo (DROGE, 2002). Na maior parte das reações fisiológicas,</p><p>a produção de radicais livres é controlada, entretanto, a produção</p><p>excessiva desses compostos, sua exposição a oxidantes externos ou</p><p>Bioquímica Humana42</p><p>diminuição dos mecanismos de defesa antioxidantes pode resultar em</p><p>dano no DNA, lipídios e proteínas, caracterizando o chamado “estresse</p><p>oxidativo” (NISHYIAMA et al., 1998).</p><p>Há evidências que a dislipidemia causada tanto por dietas ricas</p><p>em carboidratos como em lipídios, podem induzir produção de EROs</p><p>(ROBERTS et al. 2000).</p><p>REFLITA:</p><p>Os organismos possuem mecanismos de defesa</p><p>endógenos contra a ação tóxica dos radicais livres,</p><p>divididos basicamente em dois grupos: as enzimas de</p><p>atividade antioxidante e os antioxidantes não-enzimáticos.</p><p>Os</p>