METABOLISMO DE CARBOIDRATOS

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METABOLISMO DE CARBOIDRATOS (Página 851 guyton)
Metabolismo é um conjunto e ocorrências na célula que juntas visam fornecer a célula energia química para processos metabólicos através de degradação de macromoléculas, formação de biomoléculas como proteínas ,aminoácidos . 
Reações catabólicas = são ditas reações convergentes.É a parte degradativa do metabolismo , pela qual moléculas grandes e complexas são degradadas a moléculas mais simples . Este processo libera energia que pode ser armazenada na forma de ATP . 
Reações anabólias = são ditas reações divergentes . São reações de síntese onde moléculas simples e pequenas se juntam formando moléculas maiores e mais complexas . Estas reações necessitam de energia para ocorrer, esta energia pode vir das moléculas aceptoras de elétrons.
Os carboidratos são compostos que, em geral, apresentam a fórmulas empírica (CH2O)n e cujos representantes mais simples são chamados açúcares, como, por exemplo, a glicose. O tipo mais simples de carboidrato é constituído pelos monossacarídeos, chamados aldoses ou cetoses, segundo o grupo funcional que apresentam: aldeído ou cetona.
A glicose é o principal carboidrato na Terra, entrando na constituição monomérica de celulose e amido. É também o único combustível utilizado por todas as células do nosso corpo.
 A glicose é, quantitativamente, o principal substrato oxidável para a maioria dos organismos, quase todas as células são potencialmente capazes de atender suas demandas energéticas apenas a partir deste açúcar. Apesar de a dieta humana conter pouca glicose livre, esta aparece em proporções consideráveis como amido, sacarose e lactose. 
A glicólise se caracteriza como uma via metabólica utilizada por todas as células do corpo, para extrair parte da energia contida na molécula da glicose, e gerar duas moléculas de lactato.
 A glicólise se constitui na etapa inicial no processo da oxidação completa de carboidratos envolvendo oxigênio molecular. Trata-se de uma rota central quase universal do catabolismo da glicose, a rota com o maior fluxo de carbono na maioria das células. A quebra glicolítica de glicose é a única fonte de energia metabólica em alguns tecidos de mamíferos e tipos celulares (hemácias, medula renal, cérebro e esperma, por exemplo).
Liberação de energia dos alimentos e o conceito de “energia livre”
A maioria das reações químicas das células é voltada para obtenção de energia, a partir dos alimentos disponíveis para os diversos sistemas fisiológicos da célula.
Reações acopladas- são reações exergônicas com endergônicas, que conservam uma grande parte de energia química dos nutrientes alimentares de uma forma utilizável. Todos os alimentos energéticos podem ser oxidados nas células e durante esse processo, grande quantidade de energia é liberada. Para fornecer esta energia, as reações químicas devem estar acopladas aos sistemas responsáveis.
Energia livre- É quantidade de energia liberada pela oxidação completa de um alimento e é representada pelo símbolo  ΔG. É usada expressa em termos de calorias por mol de substância.
O ATP é a “moeda de energia” do corpo por ser o elo entre as funções que utilizam energia e as funções que produzem a energia. 
A energia derivada da oxidação dos carboidratos ,proteínas e das gorduras é usada para converter o ADP em ATP que é consumido pelas diversas reações do corpo para:
transporte ativo das moléculas pelas membranas
contração dos músculos
reações sintéticas que criam hormônios, etc
condução de impulsos nervosos
divisão celular e crescimento
funções para manter e propagar a vida.
Estrutura do ATP
Composto químico lábil. É uma combinação de adenina, ribose e 3 radicais fosfato. Os 2 últimos radicais fosfato estão conectados por meio de ligações de alta energia. 
A remoção de cada um dos 2 últimos fosfato libera em torno de 12000cal. Todas essas transferências de energia ocorrem por meio de reações acopladas.
Papel da Glicose no metabolismo dos carboidratos
Após absorção no trato gastrointestinal, grande parte da frutose e galactose são rapidamente convertidas em glicose no fígado. A glicose passa a ser a via final comum para o transporte de quase todos os carboidratos para as células. As células hepáticas contém grandes quantidades de glicose fosfatase, logo a glicose 6 fosfato pode ser degradada em glicose e fosfato e a glicose é transportada de volta para o sangue, através das membranas das células hepáticas. 
Transporte de glicose através da membrana celular
A glicose chega ao interior das células por mecanismo de difusão facilitada , associada a moléculas de proteínas carreadoras, podendo ser transportada de um lado para outro da membrana , ou seja do local de maior concentração para o menor.
Facilitação do transporte da glicose pela insulina
 A intensidade do transporte da glicose aumenta devido a insulina. Quando o pâncreas aumenta a secreção de insulina , o transporte de glicose na maioria das células aumenta por 10x. 
Sem insulina a capacidade de difusão de glicose para o interior das células é muito pequeno, exceto células hepáticas e cerebrais.
Fosforilação da glicose
Após sua entrada nas células, a glicose se liga a um radical fosfato: 
Fosforilação é promovida pela enzima glicocinase no fígado e pela hexocinase , na maioria das outras células. É quase inteiramente irreversível, exceto nas células hepáticas, células tubulares renais e intestinal. 
Fosforilação-manter a glicose no interior da célula.
Glicogênio é armazenado no fígado e nos músculos
Após a captação da glicose para o interior da célula, ela pode ser usada, imediatamente, para liberar energia ou pode ser armazenada sob a forma de glicogênio. Todas as células podem armazenar glicogênio , porém as células hepáticas(5 a 8% ) e musculares(1-3%) são capazes de armazenar em grande quantidade.
Glicogênese-Formação de glicogênio
A glicose 6 fosfato pode se tornar glicose 1 fosfato e é convertida em uridinadifosfatoglicose, que é convertida em glicogênio. São necessárias diversas enzimas específicas para promover essas conversões
Glicogenólise-quebra do glicogênio armazenado
Significa ruptura do glicogênio celular armazenado para formar, novamente , glicose nas células. Não ocorre pela reversão das mesmas reações químicas que formam o glicogênio . Cada molécula de glicose,em cada ramo do polímero de glicogênio, se divide por meio de fosforilação catalisada pela enzima fosforilase.(inativa quando em condições de repouso)
Quando há necessidade de formar glicose do glicogênio a fosforilase tem que ser ativada:
Ativação da fosforilase pela epinefrina ou pelo glucagon. São capazes de ativar a fosforilase e causar a glicogenólise rápida .
A epinefrina é liberada quando o sistema nervoso simpático é estimulado, aumentando a disponibilidade da glicose para o metabolismo energético rápido. Ocorre de forma acentuada nas células hepáticas e musculares, preparando o corpo para ação.
Glucagon- secretado pelas células alfa do pâncreas, quando a concentração de glicose está baixa. Estimula a formação de AMP cíclico( principalmente as células hepáticas), que converte glicogênio hepático em glicose e sua liberação para o sangue.
Liberação de energia pela via glicolítica
Todas as células do corpo contém enzimas específicas que efetuam o metabolismo da molécula de glicose, em várias etapas sucessivas , liberando a energia em pequenas quantidades , para formar 1molécula-grama de ATP a cada vez. Forma-se no total 38 moles de ATP ,para cada mol de glicose metabolizado pela célula.
Glicólise-para formar Ac. Pirúvico
O modo mais importante de liberar energia da glicose é iniciado pela glicólise (divisão da molécula de glicose formando 2 moléculas de ac.pirúvico).Ocorre mediante 10 reações químicas sucessivas. 
Reações químicas e a glicólise
O ganho líquido em moléculas de ATP em todo processo glicolítico é de apenas 2 moles para cada mol de glicose utilizada, correspondendo a 24000cal de energia transferida para o ATP.,com eficiência na formação deATP de 43% , os 57% restantesse perdem em forma de calor.
Conversão do Ac.pirúvico em acetil coenzima A
O próxima passo na degradação da glicose é a conversão em 2 etapas das 2 moléculas de ac. Pirúvico em 2 moléculas de acetil coenzima A.
2CH3 --- C ---- COOH + 2CoA ------ SH —►O 2CH3 --- C ---- S-----CoA + 2C02 + 4H 
(Ácido pirúvico) 	(Coenzima A) 		(Acetil-CoA)
Ciclo do Ac. Cítrico (ciclo de Krebs)
Esta é a sequencia em que a porção acetil da acetil-CoA é degradada a dióxido de carbono e átomos de hidrogênio. Todas essas reações ocorrem na matriz das mitocôndrias. Os átomos de H+ liberados se somam ao número de átomos que vão,subsequentemente ,ser oxidados, liberando imensa quantidade de energia.
As substancias a esquerda são acrescentadas durante as reações químicas e os produtos das reações encontram-se a direita.
Iniciam e terminam com o ac.Oxaloacético.
Assim o ciclo pode continuar indefinidamente. 
Formação de ATP no ciclo de Krebs
Para cada molécula de glicose metabolizada, 2 moléculas de acetil-CoA passam pelo ciclo do ácido cítrico(Krebs), cada uma formando uma molécula de ATP, totalizando 2 moléculas de ATP.
A função da desidrogenase e da nicotinamida adenina dinucleotídeo(NAD+) na indução da liberação de átomos de H+.
Liberação dos átomos de H+ : 4 átomos durante a glicólise, 4 na formação da acetil-CoA, e 16 no ciclo do ác.cítrico.
Total de H+ = 24 átomos para cada molécula de glicose original. São liberados de 2 em 2 e a liberação é catalisada pela enzima desidrogenase.
20 se combinam imediatamente com NAD+, derivado da vitamina niacina, entrando em diversas reações químicas oxidativas que formam enormes quantidades de ATP. 4 H+ passam diretamente para o processo oxidativo.
Função das descarboxilases
Para causar a liberação do dióxido de carbono, enzimas específicas chamadas descarboxilases separam o dióxido de carbono de seu substrato. O CO2 é então dissolvido nos líquidos orgânicos e transportado para os pulmões, onde é eliminado pelo organismo pela expiração.
Fosforilação oxidativa
A principal função de todos os estágios iniciais é de disponibilizar H+ da molécula de glicose, sob formas capazes de serem oxidadas.
A oxidação do H+ é realizada por reações catalisadas por reações enzimáticas nas mitocôndrias. Essas reações separam um átomo de H+ em íon H+ e 1 elétron e usam os elétrons para formar íons hidroxila.
Hidroxila forma água na associação com H+.
Quantidades enormes de energia são liberadas para formar ATP---Fosforilação ativa.
A fosforilação oxidativa ocorre nas mitocôndrias por meio de processo chamado de mecanismo quimiosmótico.
1ª etapa da fosforilação oxidativa –ionização dos átomos de H+ que foram removidos de substratos alimentares. Um H+ se torna um íon H+, o outro se acopla com NAD+ para formar o NADH
O efeito inicial é liberar o outro átomo de NADH para formar outro íon H+, processo que reconstitui o NAD+ que vai ser reutilizada indefinidamente.
Mostra o transporte de elétrons pela cadeia de elétrons e seu emprego definitivo pelo citocromo oxidase para levar a formação de água.
Durante o transporte desses elétrons, pela cadeia de transporte de elétrons , a energia liberada é utilizada na síntese de ATP.
A elevada concentração de H+ com carga + na câmara externa e a grande diferença de potencial , fazem com que os íons H+ fluam para a matriz mitocondrial interna , através da molécula de ATPase. A energia derivada desse fluxo é usada pela ATPase para converter o ADP em ATP acoplando o ADP a radical fosfato iônico livre.
Transfere-se em seguida , o ATP do interior da mitocôndria para o citoplasma celular.
Para cada 2elétron que passam por toda cadeia de transporte , são sintetizados até 3 moléculas de ATP.
Somando todas as moléculas de ATP formadas, encontramos um máximo de 38 moléculas de ATP formadas para cada molécula de glicose degradada em CO2 e H2O.Pode-se armazenar 456000cal de energia sob a forma de ATP, enquanto 686000 cal são liberadas durante a oxidação completa de cada molécula de glicose.
Controle da liberação de energia
Modo importante de controlar o metabolismo energético é inibindo a enzima fosfofrutocinase (promove a formação de frutose 1,6-difosfato, que é etapa inicial na reação glicolítica), tornando a reação muito lenta ou interrompendo a glicólise nos casos de excesso de ATP. Ocorre o contrário nos casos em que o ATP é usado pelos tecidos.
Outro controle é o excesso de íon citrato formado no ciclo do ac. Cítrico que inibe fortemente a fosfofrutocinase, impedindo que o processo glicolítico ultrapasse a capacidade do ciclo do ac. Cítrico usar o ac. Pirúvico , formado durante a glicólise.
Quando o ATP é utilizado pela célula para fornecer energia ,o ADP recém formado e o AMP acionam novamente os processos fisiológicos , e o ADP e o AMP são quase totalmente devolvidos para o estado de ATP, para manter a reserva completa de ATP.
Glicólise anaeróbica
Ocasionalmente o O2 fica indisponível ou insuficiente com isso a fosforilação oxidativa não pode ocorrer.
Mesmo assim pequena quantidade de energia pode ser liberada pela glicólise, da degradação dos carboidratos, porque as reações químicas para a ruptura da glicose em ac. Pirúvico não precisam deO2. Chama-se energia anaeróbica e pode ser medida salvadora durante poucos minutos em que há indisponibilidade de O2.
Formação do Ácido lático
A formação de ácido lático durante a glicólise anaeróbica permite permite a liberação de energia anaeróbica extra. 
A medida que os produtos finais da reação química se acumula , a intensidade da reação diminui , aproximando-se de zero. 
Os 2 produtos finais da reação glicolítica são: 
ac. Pirúvico
 átomos de H+ acoplados à NAD+ para formar NADH e H+. 
O acúmulo de um deles poderia suspender o processo glicolítico.
Quando sua quantidades se tornam excessivas, eles reagem entre si para formar o ác.lático.
Sob condições anaeróbicas, a maior parte do ac. Pirúvico é convertida em ac. Lático, fornecendo quantidades extras consideráveis de ATP para o corpo mesmo na ausência de O2 respiratório.
Reconversão do Ac. Lático em pirúvico , quando há O2
Respiração de O2: o ác. Lático é rapidamente reconvertido em ac pirúvico e NADH+ e H+. Grandes porções destes são oxidadas para formar grandes quantidades de ATP. Assim grande parte do ac. Lático formado, durante a glicólise anaeróbica, não se perde no organismo , porque com O2 disponível o ac. Lático poderá ser reconvertido em glicose ou utilizado diretamente como fonte de energia . 
A maior parte da reconversão acontece no fígado.
Emprego do ac. Lático pelo coração
O músculo cardíaco é capaz de converter o ac. Lático em ac. Pirúvico e empregá-lo como fonte de energia, ocorrendo principalmente durante esforços físicos pesados.
Liberação de energia da glicose pela via da pentose fosfato
 Outro meio pelo qual a glicose pode ser degradada , além do meio glicolítico, é a via da pentose fosfato, responsável por até 30% da quebra de glicose no fígado e mais que isso nas células adiposas. É via alternativa para o metabolismo energético e independe de todas enzimas do ciclo do ac. Cítrico.
Emprego de H+ para sintetizar lipídeos
O H+ liberado durante o ciclo da pentose fosfato não se acopla com o NAD+ como na via glicolítica , mas se acopla com a nicotinamida adenina dinucleotídeofosfato(NADP+)=NADPH pode ser utilizado para a síntese lipídica , a partir dos carboidratos.
Quando a via glicolítica é lentificada a via da pentose fosfato continua em funcionamento para fazer a degradação do excesso de glicose e a NADPH fica abundante , ajudando na conversão da acetilCoA, em ac. Graxos de cadeia longa(formação de lipídeos).
Conversão da glicose em glicogênio ou lipídeos
Quando a glicose não é imediatamente requerida como fonte de energia, a glicose extra que penetra continuamente nas células é armazenada sob a forma de glicogênio ou convertida em lipídeos .
A glicose é armazenada sob a forma de glicogênio, referencialmente , em quantidades suficientes para fornecer energia por períodos de 12 a24 h. Quando chegam perto da saturação com glicogênio,a glicose adicional é convertida em lipídeos (armazenada sob a forma de gordura e células adiposas).
Gliconeogênese
Quando as reservas de carboidratos caem abaixo do normal, quantidades moderadas de glicose podem ser formadas a partir de aminoácidos e a porção glicerol dos lipídeos –chama-se gliconeogênese.
25% da produção de glicose hepatica deriva da gliconeogênese, ajudando a manter estável o fornecimento de glicose para o cérebro. Cerca de 60% dos aa nas proteínas do corpo podem ser convertidos em carboidratos , por meio de desaminação e interconversões simples .
Regulação da gliconeogênese
A diminuição do nível celular de carboidratos e da glicose sanguínea são os estímulos básicos que aumentam a intensidade da gliconeogênese
Efeito da corticotropina - carboidratos não estão disponíveis para a célula –adeno-hipófise começa a secretar quantidades aumentadas de corticotropina, levando o córtex adrenal a produzir grandes quantidades de hormônios glicocorticóides, especialmente o cortisol, mobilizando proteínas e disponibilizando-as sob a forma de aa, que é desami-nada no fígado e fazendo a conversão para glicose.