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63 BIOENERGÉTICA E METABOLISMO Objetivos • Demonstrar uma visão geral do metabolismo celular e sua relação com a geração de energia para a manutenção da vida. • Compreender os aspectos gerais do metabolismo de proteínas, lipídeos e carboidratos nas células animais. Conteúdos • Bioenergética: aspectos gerais. • Glicólise e ciclo do ácido cítrico. • Metabolismo do glicogênio. • Metabolismo dos lipídeos. • Metabolismo do nitrogênio. Orientações para o estudo da unidade Antes de iniciar o estudo desta unidade, leia as orientações a seguir: 1) Nesta unidade trataremos das bases do metabolismo celular responsável pela produção de energia. Você usará vários conceitos abordados na uni- dade anterior. Se necessário, retome-os. 2) Não se limite a este conteúdo; busque outras informações em sites con- fiáveis e/ou nas referências bibliográficas, apresentadas ao final de cada unidade. Lembre-se de que, na modalidade EaD, o engajamento pessoal é um fator determinante para o seu crescimento intelectual. 3) Não deixe de recorrer aos materiais complementares descritos no Conteúdo Digital Integrador. UNIDADE 2 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA 65© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 2 – BIOENERGÉTICA E METABOLISMO 1. INTRODUÇÃO Na unidade anterior, conhecemos os principais aspec- tos das biomoléculas com suas características e funções. Nesta unidade, veremos como as biomoléculas interagem nas várias reações metabólicas necessárias para a manutenção da vida. Os tópicos que abordaremos apresentarão uma visão geral do me- tabolismo celular, as reações envolvidas na produção de biomo- léculas e na sua degradação, para obtenção de energia. Nosso objetivo é promover uma integração dos conheci- mentos adquiridos dentro da obra de Bioquímica e Farmacolo- gia, levando-o a refletir sobre as bases do funcionamento ce- lular, gerando uma visão global e interdisciplinar dos conceitos abordados. Bons estudos! 2. CONTEÚDO BÁSICO DE REFERÊNCIA O Conteúdo Básico de Referência apresenta, de forma su- cinta, os temas abordados nesta unidade. Para sua compreensão integral, é necessário o aprofundamento pelo estudo do Conteúdo Digital Integrador. 2.1. BIOENÉRGÉTICA: ASPECTOS GERAIS A Bioenergética descreve a transferência e a utilização da energia nos sistemas biológicos (HARVEY; FERRIER, 2012; MO- RAN, 2013). O metabolismo celular é composto por várias rea- ções realizadas entre biomoléculas e catalisadas por enzimas. Estas reações têm basicamente duas funções: 66 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 2 – BIOENERGÉTICA E METABOLISMO 1) sintetizar novas biomoléculas para manter a integrida- de e funcionalidade das células; 2) degradar biomoléculas para obter energia e manter o bom funcionamento celular. Podemos dividir as reações metabólicas em dois grupos: 1) anabólicas; 2) catabólicas. As reações anabólicas são feitas para que pequenas mo- léculas (monômeros) sejam ligadas entre si formando grandes moléculas (polímeros). São estas reações as responsáveis pelas sínteses das biomoléculas que estudamos na unidade anterior. Elas são importantes para as células, pois desta forma obtêm-se proteínas, lipídios, ácidos nucleicos e polissacarídeos (HARVEY; FERRIER, 2012; MORAN, 2013). Já as reações catabólicas são realizadas pelas células para a obtenção de energia através da quebra de macromoléculas em moléculas menores, liberando energia sob a forma de adenosina trifosfato (ATP). A produção de energia pela célula é realizada ini- cialmente usando carboidratos como fonte, mas podem ser usa- dos também proteínas e lipídeos para o fornecimento de ener- gia. As reações metabólicas (catabólicas ou anabólicas) podem ocorrer em vários compartimentos celulares, tais como mitocôn- drias, lipossomos, retículos endoplasmáticos e núcleos. Elas são reações complexas e catalisadas por várias enzimas diferentes (HARVEY; FERRIER, 2012). Mostraremos a você, ao longo desta unidade, alguns exemplos destas reações e suas consequências para o funcionamento celular. Veja, na Figura 1, o esquema demonstrando a integração entre as reações anabólicas e catabólicas. 67© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 2 – BIOENERGÉTICA E METABOLISMO Figura 1 Integração entre reações metabólicas: anabolismo e catabolismo. 2.2. GLICÓLISE E O CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO O metabolismo dos carboidratos constitui a mais impor- tante via de obtenção de energia pelas células. Moléculas ricas em energia, como a glicose, são usadas pelas células em uma série de reações de oxidação, que no final geram energia como ATP e resultam em CO2 e H2O (MORAN, 2013). Existem duas si- tuações em que estes processos podem ocorrer no interior da célula: na presença de oxigênio (aeróbico) ou na ausência de oxi- gênio (anaeróbico). Todas as reações metabólicas envolvidas na geração de energia pela quebra dos carboidratos são catabólicas. Podemos começar falando sobre a glicólise, processo anae- róbico que ocorre no citoplasma de células eucariotas e proca- riotas. Na glicólise, uma molécula de glicose com seis átomos de carbono é quebrada em duas moléculas de piruvato, com três átomos de carbono cada uma. Todo o processo é composto por uma via metabólica que envolve dez reações catalisadas por en- zimas específicas. No final destas reações ocorre a formação do 68 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 2 – BIOENERGÉTICA E METABOLISMO piruvato e de duas moléculas de ATP, que podem ser usadas de várias maneiras pelas células, como fonte de energia (HARVEY; FERRIER, 2012; MORAN, 2013). A Figura 2 mostra de forma esquemática a quebra de uma molécula de glicose, gerando duas moléculas de ácido pirúvico (piruvato). Observe que durante este processo ocorre a formação de moléculas chamadas de aceptoras de elétrons: nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD) e flavina adenina dinucleotídeo (FAD). Estas substâncias são derivadas de vitaminas do complexo B e são responsáveis por carregarem os elétrons e prótons até o final das reações (HARVEY; FERRIER, 2012; MORAN, 2013). Após receberem os elétrons, elas se transformam em NADH e FADH2. Veja a equação geral da glicólise anaeróbica: Glicose + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi 2NADH + 2 piruvato + 2ATP + 2H2O As moléculas de piruvato formadas na glicólise anaeróbica podem seguir para três outras reações importantes para obten- ção de energia: oxidação aeróbica (ciclo do ácido cítrico, trans- porte de elétrons e fosforilação oxidativa), glicólise anaeróbica ou fermentação láctica e fermentação alcoólica (HARVEY; FER- RIER, 2012). 69© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 2 – BIOENERGÉTICA E METABOLISMO Figura 2 Esquema da glicólise. Veremos a seguir o papel da oxidação aeróbica. Esta eta- pa ocorre na presença de oxigênio, sendo que todas as reações envolvidas são realizadas no interior das mitocôndrias, onde se localizam as enzimas responsáveis pelo processo. No final de toda a oxidação aeróbica, considerando desde o início da glicóli- se, ocorre a oxidação total da molécula de glicose formando ATP e água. O papel deste processo é muito importante no metabo- lismo celular, pois possui características anfibólicas (serve tanto para fornecer energia para o catabolismo quanto para o anabo- lismo celular) (HARVEY; FERRIER, 2012; MORAN, 2013). 70 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 2 – BIOENERGÉTICA E METABOLISMO A oxidação aeróbica compõe-se basicamente de três etapas: 1) ciclo do ácido cítrico ou ciclo de Krebs; 2) cadeia transportadora de elétrons ou cadeia respiratória; 3) fosforilação oxidativa. O ciclo do ácido cítrico, também chamado ciclo de Krebs ou ciclo dos ácidos tricarboxílicos, inicia-se com a ligação do pi- ruvato,produzido na glicólise, à coenzima A. Forma-se a Acetil- -Coenzima A, que entra no ciclo do ácido cítrico reagindo com o oxalacetato. Esta reação resulta na produção de citrato, que so- frerá sucessivas descarboxilações (perda de moléculas de CO2), formando o succinato. O ciclo se completa com a conversão do succinato em oxalacetato, que irá reagir novamente com Acetil- -Coenzima A proveniente de outra molécula de piruvato forne- cida pela glicólise. Desta forma, o ciclo se completa e se inicia sendo constantemente alimentado pela produção de piruvato que veio da glicólise. A Figura 3 mostra este ciclo. Observe que durante este processo ocorre a formação dos aceptores de elé- trons, NAD (nicotinamida adenina dinucleotídeo) e FAD (flavina adenina dinucleotídeo) que após receberem os elétrons elas se transformam em NADH e FADH2. Estes elétrons serão doados a outros compostos nas reações subsequentes chamadas de ca- deia transportadora de elétrons (HARVEY; FERRIER, 2012). A rea- ção global do ciclo do ácido cítrico é a seguinte: + + + + + + + → + + + + 2 2 2 Piruvato 4 NAD FAD ADP Pi 2 H O 3 CO 4 NADH FADH ATP 4 H O ciclo do ácido cítrico desempenha não só esse papel na via glicolítica, mas também veremos que é a via final para onde conver- 71© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 2 – BIOENERGÉTICA E METABOLISMO gem a maioria das vias catabólicas resultantes do metabolismo de outros carboidratos, aminoácidos e ácidos graxos. Desta forma, este ciclo deve ser visto como um conjunto de reações com compostos en- trando e saindo de acordo com as necessidades de cada organismo. A oxidação que ocorre no ciclo do ácido cítrico fornece energia para a produção de ATP na maioria das células (DAU, 2015; MORAN, 2013). Figura 3 O ciclo do ácido cítrico ou ciclo de Krebs. 72 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 2 – BIOENERGÉTICA E METABOLISMO O transporte de elétrons e a fosforilação oxidativa ocorrem pela transferência dos elétrons armazenados nas moléculas de NADH e FADH2 ao oxigênio, através de uma série de reações da cadeia de transporte de elétrons. O objetivo final destas reações é reduzir o oxigênio a água e liberar, em forma de ATP, a ener- gia armazenada nas moléculas de glicose, através das reações de fosforilação oxidativa. Estas reações representam a parte final da oxidação aeróbica e acontecem em todos os tecidos que contêm mitocôndrias. Os componentes responsáveis pelo transporte de elétrons, localizados na membrana mitocondrial interna, são enzi- mas chamadas Citocromos (DAU, 2015; HARVEY; FERRIER, 2012). No final de todas essas reações, uma molécula de glicose que entra na via glicolítica e passa por todas as reações até o final da ca- deia respiratória gera 32 moléculas de ATP. Este processo é conside- rado de alto rendimento celular. Todas as enzimas e coenzimas são recicladas e reutilizadas pelas células (DAU, 2015; HARVEY; FERRIER, 2012). Observe, na Figura 4, o resumo destas reações. Figura 4 Resumo das reações envolvidas na glicólise. 73© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 2 – BIOENERGÉTICA E METABOLISMO A glicólise anaeróbica, também conhecida como fermenta- ção láctica, é outro destino das moléculas de piruvato formadas durante a glicólise. Estas reações acontecem sem a presença de oxigênio. Neste caso, ocorre a conversão do piruvato em lacta- to. Este tipo de metabolismo é comum em hemácias (por não possuírem mitocôndrias), no músculo (quando submetido a si- tuações de estresse) e em algumas bactérias dos gêneros Lacto- bacillus e Clostrydium. O lactato é o produto final desta via me- tabólica. No músculo, quando há formação e acúmulo de lactato, comumente aparecem as câimbras (HARVEY; FERRIER, 2012). A fermentação alcoólica é mais um destino alternativo para as moléculas de piruvato formadas na glicólise. Ocorre em organismos capazes de transformar o piruvato em moléculas de etanol. Exige a presença de enzimas específicas, como a álcool desidrogenase, que converte acetaldeído em etanol. Estes orga- nismos são chamados de fermentadores e podemos citar como exemplo a levedura Saccharomyces cerevisiae, importante para a indústria de alimentos, na produção de pães e cerveja. (HARVEY; FERRIER, 2012; MORAN, 2013). Veja, na Figura 5, um esquema que compara a glicólise anaeróbica e a fermentação alcoólica: Figura 5 Comparação das reações de glicólise anaeróbica (fermentação láctica) e fermentação alcoólica. 74 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 2 – BIOENERGÉTICA E METABOLISMO 2.3. METABOLISMO DO GLICOGÊNIO Alguns tecidos do nosso organismo, como, por exemplo, o encéfalo, o cristalino, a medula renal, a córnea, os testículos, o músculo em exercício e células do tecido sanguíneo, como os eritrócitos, precisam de um abastecimento constante de glico- se para que funcionem corretamente. Existem dois mecanismos importantes no metabolismo de carboidratos responsáveis por manter os níveis constantes de glicose na corrente sanguínea a glicogênese e a glicogenólise. A glicogênese é a formação do glicogênio a partir de mo- léculas de glicose que estão em excesso na corrente sanguínea. Ocorre no fígado e na musculatura esquelética, formando um importante reservatório de energia nos períodos entre as refei- ções. Já a glicogenólise é a quebra das moléculas de glicogênio em monômeros de glicose. Ocorre quando o organismo precisa recompor sua taxa de glicose sanguínea (SACKHEIM; LEHMAN, 2001). Os dois processos em conjunto armazenam as moléculas de glicose que estão em excesso no sangue, formando glicogê- nio, e, quando necessário, mobilizam estas mesmas moléculas de glicose, armazenadas como glicogênio, para a corrente san- guínea (DAU, 2015; HARVEY; FERRIER, 2012). O glicogênio é a forma que o organismo encontrou para ar- mazenar e mobilizar moléculas de glicose de forma rápida e efi- ciente. Os depósitos de glicogênio no organismo humano estão concentrados no fígado e na musculatura esquelética, embora possam ser encontrados pequenos depósitos desta substância em todas as células que o usam para manter seus níveis de ener- gia e suas funções normais (DAU, 2015; HARVEY; FERRIER, 2012). 75© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 2 – BIOENERGÉTICA E METABOLISMO Durante um dia normal de alimentação de um indivíduo, esse abastecimento é realizado inicialmente pela glicose presen- te no sangue, após a ingestão dos alimentos, e, posteriormente, pelo glicogênio hepático, que é capaz de suprir essa demanda por um período de 10 até 18 horas, na ausência da ingestão de carboidrato (HARVEY; FERRIER, 2012). Durante um período prolongado de jejum, quando termina o suprimento de glicogênio hepático, o organismo realiza a glico- neogênese para sintetizar moléculas de glicose a partir de pre- cursores como o lactato, o piruvato, o glicerol e os α-cetoácidos. As reações envolvidas nesse processo ocorrem tanto nas mito- côndrias quanto no citoplasma. Durante o jejum de uma noite, 90% da produção de glicose por essa via ocorre no fígado e 10% nos rins. Se for um jejum prolongado, os rins passam a contri- buir com 40% desta produção (HARVEY; FERRIER, 2012; MORAN, 2013). Vale a pena ressaltar a importância dos hormônios insuli- na, glucagon e epinefrina no controle do metabolismo do glico- gênio. A insulina é o hormônio produzido e secretado pelas cé- lulas β do pâncreas. Ela é responsável pelo aumento da oxidação da glicose e da glicogênese. A insulina diminui a glicogenólise e facilita a formação de gordura a partir da glicose, removendo esta do sangue. O glucagon é produzido e secretado pelas células α do pâncreas. Possui um efeito oposto ao da insulina, promovendo a glicogenólise e aumentando a disponibilidade de glicose no san- gue.A Figura 6 exemplifica a relação entre insulina e glucagon no metabolismo dos carboidratos: 76 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 2 – BIOENERGÉTICA E METABOLISMO Fígado Pâncreas Figura 6 Relação entre insulina e glucagon no metabolismo de carboidratos. A epinefrina ou adrenalina é produzida pela medula da glândula suprarrenal. Secretada em estados de estresse emo- cional ou físico, mobiliza o glicogênio do fígado e músculos para um aporte rápido de glicose no sangue (reação de fuga ou luta) (SACKHEIM; LEHMAN, 2001). Com as leituras propostas no Tópico 3.1, você poderá se aprofundar nos mecanismos envolvidos na Bioenergética e sua relação com condições patológicas. Antes de prosseguir para o próximo assunto, realize as leituras indicadas, procu- rando assimilar o conteúdo estudado. 77© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 2 – BIOENERGÉTICA E METABOLISMO 2.4. METABOLISMO DOS LIPÍDEOS Os ácidos graxos ou lipídeos são compostos de cadeias carbônicas lineares que podem ser saturados (contendo somen- te ligações simples entre os átomos de carbono) ou insaturados (com ligações duplas ou triplas entre os átomos de carbono). São substâncias altamente energéticas. Seu catabolismo, ou seja, a quebra de moléculas de lipídeos, gera uma quantidade enorme de energia, quando comparada à quebra de moléculas de car- boidratos, por exemplo (MORAN, 2013; SACKHEIM; LEHMAN, 2001). Os lipídeos são a reserva de energia de muitos organismos, além de serem importantes na formação das membranas celula- res, na atividade de vitaminas lipossolúveis e na produção de vá- rios hormônios. Quando há calorias em excesso, sob a forma de moléculas de glicose, os lipídeos são sintetizados e armazenados nos adipócitos (células especializadas em armazenar gordura). Quando a demanda de energia é grande, os lipídios são mobiliza- dos e quebrados para gerar energia (MORAN, 2013; SACKHEIM; LEHMAN, 2001). Existem dois ácidos graxos considerados essenciais para o nosso corpo e que devem ser obtidos a partir da dieta: o ácido linoleico e o ácido α-linolênico. Os ácidos graxos que serão arma- zenados nos adipócitos são sintetizados no citoplasma das célu- las hepáticas, após uma refeição com excesso de carboidratos e proteínas (MORAN, 2013; SACKHEIM; LEHMAN, 2001). Os lipídeos ingeridos na dieta são digeridos e absorvidos no trato gastrointestinal. Após atingirem a corrente sanguínea, são usados pelo organismo de várias formas e seu excesso pode ser armazenado nos adipócitos. Quando o organismo precisa 78 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 2 – BIOENERGÉTICA E METABOLISMO mobilizar os lipídeos para gerar energia, a enzima lipase sensível a hormônio, ativada pela adrenalina ou pelo glucagon, e inibida pela insulina, entra em ação, iniciando a degradação dos tria- cilgliceróis armazenados nos adipócitos, transformando-os em ácidos graxos. Estes são carregados pela albumina sanguínea até o fígado e os tecidos periféricos, onde serão usados para gerar energia (MORAN, 2013; SACKHEIM; LEHMAN, 2001). A degradação dos ácidos graxos ocorre na mitocôndria, em uma reação chamada de β-oxidação. Nesse processo, unidades de dois carbonos são sucessivamente retiradas a partir do termi- nal carboxílico do ácido graxo e o produto final será o acetil-CoA, que será usado no ciclo do ácido cítrico e na gliconeogênese. O rendimento da quebra de uma molécula de ácido esteárico, um tipo de ácido graxo composto por 18 átomos de carbono, é de 120 moléculas de ATP no final da oxidação total, quando toda a molécula é reduzida a CO2 e H2O (MORAN, 2013; SACKHEIM; LEHMAN, 2001). O anabolismo dos ácidos graxos ocorre por uma via me- tabólica diferente do catabolismo. A síntese de ácidos graxos ocorre no citosol, sendo feita por um conjunto específico de en- zimas que precisam de NADPH para realizar o processo. Muitos compostos lipídicos usados pelas células na constituição de suas membranas (esfingolipídeos, fosfolipídeos e triacilgliceróis) são sintetizados a partir de ácidos graxos. Os hormônios esteriodais também são sintetizados a partir do colesterol (HARVEY; FER- RIER, 2012). O esquema da Figura 7 mostra o caminho percorrido pe- los lipídeos provenientes da dieta até sua degradação ou arma- zenamento nos adipócitos. 79© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 2 – BIOENERGÉTICA E METABOLISMO Figura 7 Caminho percorrido pelos lipídeos da dieta. 2.5. METABOLISMO DO NITROGÊNIO O metabolismo do nitrogênio envolve uma série de eta- pas e reações com muitos tipos de organismos envolvidos. O nitrogênio usado pelos organismos para sintetizar suas biomo- léculas é obtido através do nitrogênio presente na atmosfera (HARVEY; FERRIER, 2012; SACKHEIM; LEHMAN, 2001). A fixação deste nitrogênio, para que possa ser disponibili- zado aos organismos, ocorre pela ação de bactérias fixadoras de nitrogênio presentes no solo ou de vida livre. Plantas e animais não possuem a capacidade de fixar o nitrogênio atmosférico. Dessa maneira, sua obtenção é feita através da alimentação, no 80 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 2 – BIOENERGÉTICA E METABOLISMO caso dos animais; no caso das plantas, a obtenção ocorre dire- tamente do solo, em simbiose com bactérias fixadoras, ou atra- vés de fertilizantes contendo nitratos (HARVEY; FERRIER, 2012; SACKHEIM; LEHMAN, 2001). As bactérias do gênero Rhizobium, geralmente associadas às raízes de leguminosas, são responsáveis por fixar o nitrogênio atmosférico (N2), transformando-o em amônia (NH3), processo chamado de amonificação. As bactérias do gênero Nitrosomo- nas são capazes de converter a amônia em nitritos (NO2), no pro- cesso chamado de nitrificação. Este nitrito, por sua vez, pode ser convertido em nitrato (NO3) pelas bactérias Nitrobacter, na nitratação (HARVEY; FERRIER, 2012; SACKHEIM; LEHMAN, 2001). Estas três formas do nitrogênio (amônia, nitritos e nitratos) podem ser absorvidas pelas plantas e usadas para a produção de seus compostos nitrogenados (proteínas e vitaminas em sua maioria). Os animais que se alimentam destas plantas assimila- rão o nitrogênio na forma de proteínas e vitaminas da alimenta- ção. Posteriormente, este nitrogênio voltará ao ambiente atra- vés da excreção dos animais (amônia, ureia e ácido úrico) ou pela decomposição dos animais e vegetais mortos (HARVEY; FERRIER, 2012; SACKHEIM; LEHMAN, 2001). A Figura 8 ilustra os passos desse ciclo. 81© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 2 – BIOENERGÉTICA E METABOLISMO raízes Figura 8 Ciclo do nitrogênio. Alguns animais, como o homem, por exemplo, não con- seguem sintetizar os 20 aminoácidos necessários, precisando obtê-los a partir da dieta. Nos animais, as proteínas provenien- tes da alimentação são degradadas em aminoácidos, que serão absorvidos e usados para sintetizar proteínas e outras biomolé- culas importantes para as células. A síntese de novos aminoáci- dos pode ocorrer também tanto em animais como em vegetais. Este processo envolve uma série de reações bioquímicas que se iniciam com a formação do glutamato e da glutamina, aminoáci- dos dos quais derivam todos os outros (HARVEY; FERRIER, 2012; SACKHEIM; LEHMAN, 2001). 82 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 2 – BIOENERGÉTICA E METABOLISMO Além de serem importantes como precursores de proteí- nas e outras substâncias para as células, os aminoácidos podem também ser usados como fonte de energia em situações em que o organismo já esgotou suas reservas de carboidratos e lipídeos (por exemplo, em desnutrição severa) (HARVEY; FERRIER, 2012; SACKHEIM; LEHMAN, 2001). Não discutiremos aqui estas rea- ções, mas observe na Figura 9 a relação entre os aminoácidos e o ciclo do ácidocítrico. Figura 9 Relações entre o metabolismo dos aminoácidos e o ciclo do ácido cítrico (modificado). Durante as reações de formação ou de degradação dos aminoácidos, pode haver um excesso de nitrogênio que precisa ser excretado. Os animais podem excretá-lo em forma de amô- nia, ureia ou ácido úrico. Os peixes, por exemplo, excretam amô- nia, que se dissolve na água rapidamente. Os pássaros excretam o nitrogênio sob a forma de ácido úrico, que é insolúvel em água. Por isso, eles não produzem urina. Já os animais terrestres, em 83© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 2 – BIOENERGÉTICA E METABOLISMO sua maioria, excretam ureia, que se dissolve na urina. A elimina- ção do nitrogênio pelos animais no meio ambiente fecha o ciclo que vimos no início desta seção. 2.6. INTEGRAÇÃO DO METABOLISMO Você pôde observar, ao longo desta unidade, que o meta- bolismo celular não se restringe aos carboidratos, e as demais macromoléculas também têm suas rotas catabólicas e anabóli- cas (HARVEY; FERRIER, 2012; SACKHEIM; LEHMAN, 2001). O ciclo do ácido cítrico desempenha um papel central no metabolismo, pois produtos de degradação de açúcares, lipídeos e proteínas podem ser precursores neste ciclo e usados na pro- dução de energia. Ao mesmo tempo, essas mesmas biomolécu- las podem ser formadas a partir de derivados do ciclo (HARVEY; FERRIER, 2012; SACKHEIM; LEHMAN, 2001). Os lipídeos são moléculas que contêm uma quantidade enorme de energia armazenada. Como dito anteriormente, a de- gradação de uma molécula lipídica com 18 átomos de carbono (ácido esteárico) gera 120 moléculas de ATP. A degradação de li- pídeos com números ímpares de átomos de carbono pode gerar o propionil-CoA e o succinil-CoA, que entram no ciclo do ácido cítrico (HARVEY; FERRIER, 2012; SACKHEIM, LEHMAN, 2001). O catabolismo dos lipídeos também pode gerar um conjun- to de substâncias chamadas de corpos cetônicos. Estas molécu- las se formam quando existe um desequilíbrio entre o metabolis- mo de carboidratos e lipídeos, pela oferta em excesso de lipídeos e escassez de carboidratos ou em doenças metabólicas, como o diabetes. O catabolismo dos lipídeos ocorre na matriz mitocon- 84 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 2 – BIOENERGÉTICA E METABOLISMO drial. O anabolismo ocorre no citosol e é coordenado por um conjunto de enzimas, usando como base pequenas moléculas de ácidos graxos. Além dos lipídeos de reserva, as células usam es- tes precursores para sintetizar os triacilgliceróis, os fosfolipídeos e os esfingolipídeos, tão importantes na constituição das mem- branas celulares. Outros compostos importantes derivados de lipídeos são os hormônios esteroides, como o já citado cortisol (HARVEY; FERRIER, 2012; SACKHEIM, LEHMAN, 2001). Uma via metabólica importante para as células são o cata- bolismo e o anabolismo dos aminoácidos e das proteínas. Estas vias envolvem uma integração maior entre o meio ambiente e o indivíduo, representada pelo ciclo do nitrogênio. Para exemplificar a integração das vias metabólicas, se- lecionamos a Figura 10, que mostra como as vias anabólicas e catabólicas convergem para o ciclo do ácido cítrico, com a for- mação de energia a partir de precursores (lipídeos, carboidratos e proteínas). 85© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 2 – BIOENERGÉTICA E METABOLISMO Figura 10 Integração do metabolismo de lipídeos, proteínas e carboidratos. Antes de realizar as questões autoavaliativas propostas no Tópico 4, você deve fazer as leituras propostas no Tópico 3.2 para compreender como a integração do metabolismo é importante no funcionamento das células e dos organismos. Vídeo complementar ––––––––––––––––––––––––––––––– Neste momento, é fundamental que você assista ao vídeo complementar. • Para assistir ao vídeo pela Sala de Aula Virtual, clique no ícone Videoaula, localizado na barra superior. Em seguida, selecione o nível de seu curso 86 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 2 – BIOENERGÉTICA E METABOLISMO (Graduação), a categoria (Disciplinar) e o tipo de vídeo (Complementar). Por fim, clique no nome da disciplina para abrir a lista de vídeos. • Para assistir ao vídeo pelo seu CD, clique no botão "Vídeos" e selecione: Bio- química e Farmacologia – Vídeos Complementares – Complementar 2. –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 3. CONTEÚDO DIGITAL INTEGRADOR O Conteúdo Digital Integrador representa uma condição necessária e indispensável para você compreender integralmen- te os conteúdos apresentados nesta unidade. 3.1. BIOENERGÉTICA Os processos celulares que estão envolvidos na produção de energia para a manutenção da vida nas células são muito complexos. Os textos a seguir esclarecem e integram os conhe- cimentos sobre o metabolismo celular. Além disso, estabelecem as relações que podem existir entre as deficiências no metabo- lismo e o aparecimento de situações transitórias, como a fadiga muscular ou doenças, como a síndrome metabólica. Realize as leituras a seguir, antes de iniciar o próximo tópico: • BIOQUÍMICA HUMANA. São Paulo, Pearson, 2015. Dis- ponível em: <http://claretiano.bv3.digitalpages.com. br/users/publications/9788543010953/pages/-12>. Acesso em: 29 maio 2015. • BERTUZZI, R. C. M. et al. Metabolismo do lactato: uma revisão sobre a bioenergética e a fadiga muscular. Dis- ponível em: <http://www.researchgate.net/profile/ Adriano_LimaSilva/publication/26623016_Lactate_me- tabolism_bioenergetics_and_muscle_fatigue_review/ 87© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 2 – BIOENERGÉTICA E METABOLISMO links/00b4951ee76aea9ca5000000.pdf>. Acesso em: 12 jul. 2016. • SANTOS, K. M. et al. Grau de atividade física e síndrome metabólica: um estudo transversal com indígenas Khi- sêdjê do Parque Indígena do Xingu, Brasil. Disponível em: <http://www.scielo.br/pdf/csp/v28n12/11.pdf>. Acesso em: 12 jul. 2016. 3.2. INTEGRAÇÃO DO METABOLISMO Apesar dos conceitos de rotas metabólicas terem sido abordados nos tópicos anteriores é importante que você tenha uma visão geral da complexidade do metabolismo celular quan- do consideramos todas as reações acontecendo ao mesmo tem- po na mesma célula. Os textos a seguir apresentam detalhada- mente os aspectos de gordura e proteínas. • SACKHEIM, G. I. Química e Bioquímica para Ciências Biomédicas. 8. ed. São Paulo: Manole, 2001. p. 478 e p. 492. (Biblioteca Digital Pearson). O vídeo a seguir demonstra de forma bem clara como o metabolismo pode ser visto de forma integrada: • ARAÚJO, S. Curso de Bioquímica: integração meta- bólica. Disponível em: <https://www.youtube.com/ watch?v=zG4xPjUiONQ>. Acesso em: 12 jul. 2016. 4. QUESTÕES AUTOAVALIATIVAS A autoavaliação pode ser uma ferramenta importante para você testar o seu desempenho. Se encontrar dificuldades em 88 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 2 – BIOENERGÉTICA E METABOLISMO responder às questões a seguir, você deverá revisar os conteú- dos estudados para sanar as suas dúvidas. 1) Se compararmos um músculo esquelético em estado de repouso e em contração vigorosa, podemos observar que: a) ocorrerá um aumento na conversão de piruvato em lactato; b) ocorrerá uma redução na oxidação de piruvato a CO2 e água; c) ocorrerá uma diminuição na razão NADH/NAD+; d) ocorrerá uma diminuição na concentração de AMP. 2) A reação a seguir é a soma de três passos do ciclo do ácido cítrico: A + B + FAD + H2O C + FADH2 + NADH Escolha a seguir a resposta que corresponda aos itens A, B e C, respectivamente: a) succinil-CoA, GDP e succinato; b) succinato, NAD+ e oxalacetato; c) fumarato, NAD+ e oxalacetato; d) succinato, GTP e malato. 3) Escolha, entre as alternativas a seguir, a respostacorreta a respeito da gliconeogênese: a) ocorre no músculo; b) é estimulada pela enzima frutose 2,6 bifosfato; c) é inibida por níveis elevados de acetil-CoA; d) é importante para a manutenção da glicose sanguínea durante os pe- ríodos de jejum. 4) Na espécie humana, os hormônios adrenalina e glucagon possuem qual efeito sobre o metabolismo do glicogênio hepático? a) Aumentam a síntese de glicogênio. b) Aumentam a degradação do glicogênio. c) Não influenciam no metabolismo do glicogênio. d) Aumentam a síntese de glicose a partir de aminoácidos. 89© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 2 – BIOENERGÉTICA E METABOLISMO 5) Com relação ao ciclo da ureia, escolha a alternativa correta: a) Os dois átomos de nitrogênio da molécula da ureia entram no ciclo através da amônia e da alanina. b) A ureia é produzida pela hidrólise da ornitina. c) O ATP é necessário neste ciclo para formar a arginina. d) A ureia urinária aumenta com uma dieta rica em proteínas. Gabarito Confira, a seguir, as respostas corretas para as questões au- toavaliativas propostas: 1) a. 2) b. 3) d. 4) b. 5) d. 5. CONSIDERAÇÕES Chegamos ao final da unidade. Aqui tivemos a oportunida- de de compreender a importância do metabolismo na produção de energia, assim como ter uma visão geral de como as diferen- tes biomoléculas podem ser usadas pelas células para obter ou armazenar energia. Não deixe de ler os Conteúdos Digitais Integradores, que ampliarão seu conhecimento sobre o assunto. Na próxima unidade, você aprenderá os conceitos iniciais de Farmacologia. Até lá! 90 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 2 – BIOENERGÉTICA E METABOLISMO 6. E-REFERÊNCIAS Lista de figuras Figura 1 Integração entre reações metabólicas: anabolismo e catabolismo. Disponível em: <http://anabolismo.org/2011/02/catabolismo-x-anabolismo/>. Acesso em: 29 maio 2015. Figura 2 Esquema da glicólise. Disponível em <http://www.geocities.ws/ctv10ano/ imagem19.html>. Acesso em: 29 maio 2015. Figura 3 O ciclo do ácido cítrico ou ciclo de Krebs. Disponível em: <http://www. educadorfisico.esp.br/?pg=bioenergetica>. Acesso em: 29 maio 2015. Figura 4 Resumo das reações envolvidas na glicólise. Disponível em: <http://www. netxplica.com/>. Acesso em: 29 maio 2015. Figura 5 Comparação das reações de glicólise anaeróbica (fermentação lática) e fermentação alcoólica. Disponível em <http://pesquisa-na-escola.blogspot.com. br/2011/08/fermentacao-e-respiracao.html>. Acesso em: 12 jul. 2016. Figura 6 Relação entre insulina e glucagon no metabolismo de carboidratos. Disponível em: <http://dietaslowcarb.blogspot.com.br/2010/08/qual-o-papel-da- glicoseinsulinaglucagon.html>. Acesso em: 12 jul. 2016. Figura 7 Caminho percorrido pelos lipídeos da dieta. Disponível em: <http://www. lookfordiagnosis.com/mesh_info.php?term=metabolismo+dos+lip%C3%ADdeos&la ng=3>. Acesso em: 12 jul. 2016. Figura 8 Ciclo do nitrogênio. Disponível em: <http://www.alunosonline.com.br/ biologia/ciclo-nitrogenio.html>. Acesso em: 12 jul. 2016. Figura 9 Relações entre o metabolismo dos aminoácidos e o ciclo do ácido cítrico (modificado). Disponível em: <http://pt.slideshare.net/gleicelima1610/metabolismo- deprotenas>. Acesso em: 12 jul. 2016. Figura 10 Integração do metabolismo de lipídeos, proteínas e carboidratos. Disponível em: <http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAt5oAC/integracao-metabolica>. Acesso em: 12 jul. 2016. 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS DAU, A. P. A. (Org.). Bioquímica Humana. São Paulo, Pearson, 2015. HARVEY, R. A.; FERRIER, D. R. Bioquímica ilustrada. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2012. MORAN, L. A. et al. Bioquímica. 5. ed. São Paulo, Pearson, 2013. SACKHEIM, G. I.; LEHMAN, D. D. Química e Bioquímica para Ciências Biomédicas. 8. ed. São Paulo: Manole, 2001.
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