Estudo Dirigido - ESTADO ALIMENTADO (resumo bioquímica)

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Estudo Dirigido 1 - Estado alimentado (0,5 cada questão)
Questão 1. As vias metabólicas podem ser ativadas ou inibidas em passos específicos que regulam a velocidade de cada via metabólica. Com base nos conhecimentos discutidos em aula, e utilizando como exemplo a regulação da glicólise hepática, explique bioquimicamente como a velocidade de uma via metabólica pode ser regulada.
Resposta: A velocidade de uma via metabólica pode ser regulada pela modulação das enzimas que limitam a velocidade da via (passos limitantes) ou que definem o direcionamento de um metabólito (passo comprometido). Normalmente, estas enzimas são moduladas por modificações químicas, como fosforilações e defosforilações, pela disponibilidade do substrato, ou por moduladores alostéricos. Exemplos assim na via glicolítica são: a enzima bifuncional PFK2/FBP2 e a PK hepática, que são moduladas por fosforilação/defosforilação; a PFK1, modulada positivamente pelo metabólito frutose-2,6-bifosfato e negativamente por ATP e/ou citrato; e a glicoquinase, modulada pela presença de glicose e fosfato (entre outros exemplos possíveis).
Questão 2. Sobre a utilização da glicose proveniente de uma refeição, responda:
Qual a diferença entre as respostas a insulina, em músculo/tecido adiposo ou fígado, que estimulam a captação de glicose? 
Resposta: Em músculo e tecido adiposo, os transportadores de glicose de média afinidade do tipo GLUT4, que se encontram em sua maioria internalizados nas células durante o jejum, são expostos na membrana plasmática em resposta à ativação do receptor de insulina, promovendo assim uma aumento da entrada de glicose nessas células. No fígado, o transportador GLUT2, de baixa afinidade, é permanentemente exposto na membrana plasmática. Porém, a sinalização por insulina modula a transcrição, síntese, e atividade da glicocinase (GK) hepática, responsável no fígado pela fosforilação da glicose a G6P. Em todos esses tecidos, a insulina também estimula o fluxo glicolítico de um modo geral, e ativa a glicogênio sintase.
Quais enzimas responsáveis por controlar o metabolismo de glicogênio são moduladas pela insulina, no estado alimentado?
Resposta: As enzimas responsáveis diretamente pela síntese e degradação de glicogênio são a glicogênio sintase, ativada pela insulina, e a glicogênio fosforilase, inibida pela insulina. Para que isso ocorra, a glicogênio sintase (cuja forma fosforilada é constitutivamente inativa), e a glicogênio fosforilase (cuja forma fosforilada é ativa) são defosforiladas pela fosforilase fosfatase 1 (PP1), que foi ativada pela sinalização por insulina, enquanto a GSK1 e a fosforilase kinase, que fosforilam a GS e a GP, respectivamente, foram inibidas pela cascata de sinalização.
Questão 3. Um trabalho publicado em 2013 (Vega-Lópes et al., Br.J.Nutr., v.110, p.1782-1788) estudou as respostas da glicemia e insulinemia em 25 pessoas (15 mulheres e 10 homens) saudáveis após alimentação com carboidratos. Os sujeitos foram submetidos a um jejum curto de 12 horas, seguido de ingestão de 500 mL de água com glicose (grupo 1), ou uma fatia de 96 gramas de pão branco e 500 mL de água (grupo 2). Coletas de sangue foram realizadas por até 5 horas pós-ingestão para medidas de glicemia e insulinemia. Ambos alimentos continham 50 gramas de carboidratos disponíveis. Os resultados estão mostrados abaixo:
*Representam glicemia ou insulinemia diferente entre os dois tipos de ingestão naquela coleta. A curva de glicose representa a variação para cima ou para baixo do controle. 
Com base nos resultados mostrados acima, e com seus conhecimentos de metabolismo no estado alimentado, responda:
Qual dos tratamentos (suco ou pão) ativará mais rapidamente os mecanismos de captação de glicose nos músculos e tecido adiposo? Explique bioquimicamente.
Resposta: A glicose. A curva glicêmica em círculos pretos corresponde ao perfil de absorção da glicose proveniente do suco, já que neste caso a solução de glicose foi diretamente absorvida pelo trato gastrintestinal, sem precisar de nenhum outro processo digestivo. A curva em triângulos brancos representa a absorção mais lenta do carboidrato complexo (amido) do pão, uma vez que este precisará ser digerido ao monossacarídeo glicose para que ocorra a absorção. É interessante notar que a glicose pura não somente resultou em hiperglicemia e hiperinsulinemia maiores que o pão, mas também desencadeou uma hipoglicemia transitória.
Explique, detalhando moderadamente, qual será o efeito da ingestão de qualquer um dos tratamentos sobre a síntese de glicogênio no fígado. 
Resposta: Ambos os tratamentos levarão a um aumento da síntese glicogênio hepático e muscular em virtude da resposta insulinêmica desencadeada, e mostrada no gráfico de baixo. Com a alta concentração de glicose, o transportador GLUT2 dos hepatócitos permitirá a entrada da glicose nessas células. A sinalização da insulina ativará a glicocinase (GK), aumentando a produção de G6P, que poderá seguir diversas vias (glicólise+Krebs, pentoses-fosfato, ou síntese de glicogênio). Como a insulina também modula positivamente a glicogênio sintase (GS) e negativamente a glicogênio fosforilase (GP), parte da glicose será usada para a síntese de glicogênio hepático enquanto houver glicemia e insulinemia acima dos níveis de jejum.
Questão 4. A anemia hemolítica é uma condição perigosa, pois quando grande número de hemácias sofre hemólise, o sangue pode ser menos capaz de transportar oxigênio para os tecidos, bem como pode ocorrer acúmulo de bilirrubina no organismo, uma condição denominada icterícia. A hemólise pode ocorrer devido a danos na membrana plasmática promovidos por excesso de produção de radicais livres na hemácia. Isso ocorre principalmente em indivíduos que possuem uma doença genética que afeta uma enzima importante do metabolismo dos carboidratos. 
Qual é essa enzima?
Resposta: A glicose-6-fosfato desidrogenase (G6PD)
Descreva como essa enzima participa da neutralização dos radicais livres nas hemácias.
Resposta: A glicose-6-fosfato desidrogenase é a enzima inicial da via das pentoses, que produz NADPH, agente redutor que nas hemácias será utilizado principalmente para regenerar a glutationa reduzida, que é consumida na neutralização de radicais livres principalmente pela glutationa-peroxidase, que assim utiliza e oxida continuamente a glutationa reduzida. Esse conjunto de reações redox é fundamental para evitar danos às hemácias, expostas continuamente ao stress oxidativo pelo seu papel no transporte de oxigênio no organismo, e assim é necessária a constante produção de NADPH pela via das pentoses nos eritrócitos.
c) Essa enzima participa de uma via metabólica importante para a síntese de ácidos graxos no fígado. Explique como essa via se relaciona com a síntese de ácidos graxos no fígado?
Resposta: A via das pentoses-fosfato será também importante fonte do NADPH necessário para a síntese de ácidos graxos que ocorre nos hepatócitos no estado alimentado. Para cada Ac-CoA incorporado no ácido graxo que está sendo sintetizado pelo complexo da ácido graxo sintase ocorrem duas reações de redução da molécula, nas quais é utilizado NADPH como agente redutor.
Questão 5. De acordo com o discutido em aula, podemos dizer que existe colesterol bom e colesterol ruim? Justifique sua resposta, enfatizando o transporte de lipídeos no plasma.
	Resposta: Não existe colesterol bom ou ruim, apenas colesterol. O colesterol é importante para a estruturação e fluidez de membranas biológicas, é precursor de hormônios esteróides, e também é precursor dos sais biliares. Contudo, seu transporte no plasma, associado a lipoproteínas plasmáticas, determinará se ele poderá ter efeitos deletérios ao organismo. As lipoproteínas de alta densidade (HDL), que realizam o transporte reverso de colesterol dos tecidos periféricos para o fígado, são conhecidas como “bom colesterol”, pois níveis elevados dessas lipoproteínas estão associados com menor incidência de danos cardiovasculares.Já as lipoproteínas de baixa densidade (LDL), originadas da delipidação e modificação de lipoproteínas que participam do transporte de lipídeos e de colesterol para os tecidos, estão associadas a uma taxa aumentada de danos cardiovasculares, e assim são chamadas de “mau colesterol” para efeitos didáticos sobre o público leigo.
Questão 6. No estado alimentado, nosso organismo é capaz de sintetizar lipídeos e/ou colesterol de forma endógena no citossol dos hepatócitos, a partir de um precursor em comum, para sua distribuição para o organismo. Pergunta-se:
Qual é esse precursor em comum?
Resposta: Acetil-CoA (Ac-CoA)
Como ele é obtido pelas células?
Resposta: O Ac-CoA pode ser obtido a partir da via glicolítica (pela ação da piruvato desidrogenase), a partir dos esqueletos de carbono oriundos da degradação de aminoácidos, ou a partir da degradação de ácidos graxos.
Por que esse precursor “acumula” no estado alimentado?
Resposta: O Acetil-CoA acumula nos hepatócitos porque no estado alimentado há um grande aporte de substratos que em última instância fornecerão Ac-CoA para o ciclo de Krebs (ou fosforilação oxidativa, ou ciclo dos TCAs). Contudo, no estado alimentado as células hepáticas estarão com balanço energético positivo (alta relação ATP/ADP) e grande disponibilidade de equivalentes redutores (NADH, FADH2, e NADPH), ocorrendo assim a frenagem do sistema de transporte de elétrons mitocondrial e do ciclo de Krebs. Com isso, o Ac-CoA mitocondrial excedendo as necessidades energéticas dos hepatócitos poderá ser desviado para a síntese de ácidos graxos no citossol.
Como esse precursor alcança o citossol?
Resposta: Para atingir o citossol, o Ac-CoA excedente é condensado com oxaloacetato mitocondrial, formando citrato, no que seria a 1ª reação do ciclo de Krebs. Contudo, como o ciclo de Krebs está freado nos hepatócitos no estado alimentado, esse citrato (também excedente) sairá da mitocôndria através de uma proteína transportadora (lançadeira de citrato, trocador citrato/malato). No citossol, esse citrato será clivado pela citrato liase mitocondrial, gerando AcCoa e oxaloacetato no citossol. Esse Ac-CoA citossólico será usado em parte para produzir Malonil-CoA, também precursor da síntese de ácidos graxos, e em parte diretamente para a lipogênese e/ou a síntese de colesterol. Por sua vez, o oxaloacetato produzido será reduzido a malato, e retornará diretamente para a mitocôndria, ou será ainda oxidado e descarboxilado a piruvato pela enzima málica (descarboxilação oxidativa), e esse piruvato irá para a mitocôndria, sempre por transportadores específicos.
Como o fígado distribuirá os produtos de síntese lipídica para o resto do organismo?
Resposta: Os produtos de síntese lipídica (triglicerídeos, fosfolipídeos diversos, ácidos graxos, e colesterol) serão concentrados e “empacotados” em lipoproteínas de muito baixa densidade (VLDLs), que serão exocitadas para o plasma e então transportados pelos vasos sanguíneos até os tecidos e órgãos periféricos. As VLDLs serão delipidadas pelos diversos tecidos e seu conteúdo absorvido pelas células graças à ação das lipoproteínas-lipases (LPLs) e de transportadores de lipídeos presentes nas membranas celulares.