Bioquímica

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Bioquímica:
 
 
Introdução ao metabolismo
 
Metabolismo: é o processo geral pelo qual os sistemas vivos adquirem e usam energia livre para realizarem suas funções, é tradicionalmente dividido em duas partes.
 
1- O catabolismo ou degradação- é o processo no qual os nutrientes e os constituintes celulares são degradados para o aproveitamento de seus componentes e/ou para geração de energia. Geralmente as reações metabólicas realizam a oxidação das moléculas nutrientes.
 
2- O anabolismo ou biossíntese - é o processo no qual as biomoléculas são sintetizadas a partir de componentes mais simples.
Os seres vivos necessitam de uma entrada contínua de energia livre para três objetivos principais:
1-            desempenho de trabalho mecânico na contração muscular e em outros movimentos celulares,
2-            transporte ativo de moléculas e íons,
3-            síntese de macromoléculas e outras biomoléculas a partir de precursores simples.
 
As substâncias oxidáveis utilizadas pelos seres humanos, estão presentes nos seus alimentos, principalmente sob forma dos carboidratos, lipídios e proteínas. Há também reservas endógenas de carboidratos e lipídios, que são oxidadas nos intervalos das refeições.
A manutenção da vida celular depende da contínua ocorrência de um conjunto de reações químicas que devem atender duas exigências fundamentais:
 
·         precisam ser altamente específicas, de modo a gerar produtos definidos,
·         devem ocorrer em velocidades adequadas para a fisiologia celular, a insuficiência na produção ou na remoção de metabólitos podem levar a condições patológicas.
As reações orgânicas são sempre muito lentas, dada a complexidade e tamanho das moléculas, o que seria incompatível com o processo vital. Estas reações necessitam ser catalisadas por aceleradores de reações chamados de enzimas
 
Estrutura dos Carboidratos:
 
Os Carboidratos são moléculas orgânicas que contém carbono, hidrogênio e oxigênio e que em geral apresentam a fórmula empírica (CH2O)n, ou seja CnH2nOn. A letra (n) descrita na fórmula representa o número de carbonos. Na figura abaixo os carboidratos possuem 3 carbonos (C) , então aplicando a fórmula teremos C3H6O3.  Os carboidratos tem em sua estrutura os grupos funcionais aldeídos ou cetonas e contêm ainda grupos hidroxilas (OH). Assim, eles são chamados de poliidroxialdeído ou poliidroxicetonas.
 
Há vários exemplos de carboidratos, mas a glicose e a frutose são muito conhecidas pela população em geral. A glicose é um carboidrato com 6 carbonos, ou seja, C6H12O6 e possui o grupo funcional aldeído, enquanto a frutose possui o mesmo número de carbonos, hidrogênio e oxigênio, C6H12O6, porém, possui oum grupo funcional diferente, o grupo cetona. Veja a figura a seguir:
 
 
Os carboidratos com sabor doce, como sacarose, glicose e frutose, comuns na alimentação humana, são chamadas de açúcares
No iníco do século passado, foram adotadas por Fischer, as fórmulas no sentido linear, como as figuras acima. Um outro pesquisador, chamado Tollens, verificou que as moléculas dos carboidratos, com mais de cinco carbonos tente a formar um anel, ou seja, ficar na forma cíclica. Atualmente, adota-se as projeções propostas por Haworth, que permite, uma visualização da molécula na fórma cíclica. Menos de 1% de cada monossacarídeo com mais de cinco carbornos na sua estrutura estão na forma de cadeia aberta, eles são encontrados predominantemente na forma cíclica.
 
 
Classificação dos carboidratos:
 Os carboidratos são classificados em monossacarídios, dissacarídios, oligossacarídios e polissacarídios.
Monossacarídios:
Até aqui, representamos as estruturas de mossacarídeos como “cadeias abertas”. Estas representações são conhecidas como fórmula de Fischer. A maioria das moléculas de monossacarídeos realmente não existe primariamente nesta forma. Em soluções aquosas, os monossacarídeos com mais de quatro átomos de carbonos formam estruturas cíclicas ou “cadeia fechada” em lugar das lineares (representada na figura 3). O anel é formado pela reação do grupo carbonila (-C=O) com a hidroxila.
 
Dissacarídeos: são 2 monossacarídeos unidos entre si através de ligação glicosídicas. Estas ligações são formadas entre duas hidroxilas, presentes em nas duas moléculas de monossacarídeos, pela exclusão de uma molécula de água.
 Exemplos de dissacarídeos:
Sacarose ⇒ formado pelos monossacarídeos glicose + frutose
Maltose ⇒ formado pelos monossacarídeos glicose + glicose
Lactose ⇒ formado pelos monossacarídeos glicose + galactose
 
Oligossacarídios: são carboidratos constituídos pela união de um pequeno número de monossacarídeos através de ligações glicosídicas.
 
Polissacarídios: são polímeros constituídos de centenas ou milhares de resíduos de monossacarídeos ligados entre si, como exemplo podemos citar o glicogênio (reserva de glicose animal), amido e a celulose
 
Digestão dos carboidratos
 
            Os principais polissacarídeos da dieta são de origem animal (glicogênio) e vegetal (amido). Essa digestão é rápida e geralmente está completa no momento que o conteúdo estomacal atinge a junção duodeno e jejuno. A hidrólise de ligações glicosídicas é catalisada por uma família de glicosidades que degrada os carboidratos.
O amido é a principal fonte de carboidratos da dieta e, sendo um polissacarídeo, deve ser hidrolisado até glicose.
A digestão começa na boca, onde as ligações glicosídicas (ligações entre os carboidratos) são “quebradas” em presença das enzimas especiais presentes na saliva (amilase salivar ou ptialina). A amilase salivar atua brevemente sobre o ami8do da dieta, de maneira aleatória. Os produtos da digestão da amilase uma mistura de oligossacarídeos.
No estomago, há uma "parada"da digestão por causa do seu pH ácido, mas quando o seu conteúdo entra no intestino delgado ele é neutralizado pelo bicarbonato e a amilase pancreática (secretada pelo pâncreas) continua o processo de digestão do amido.
 
 
            Resumindo, as hidrólises aleatórias do amido pelas enzimas amilases salivar e pancreática resultam em moléculas polissacarídeas cada vez menores chamadas de dextrinas, até se reduzirem à condição de dissacarídeos chamadas de maltoses. As maltoses serão hidrolisadas em duas moléculas de glicose, através da ação da enzima maltase.
        
 
 
A sacarose é um dissacarídeo que é quebrado pela ação da enzima sacarase em uma molécula de glicose e uma de frutose
Transporte:
 
A glicose, presente na luz intestinal, é absorvida (por transporte ativo ou simples difusão) e encaminhada para o sangue em concentrações controladas (glicemia).
Intolerância à lactose
 
            A mais comum dessas deficiências é a intolerância a lactose, causada pela ausência da enzima lactase. Várias são as causas que podem culminar na ausência da lactase
            A lactase hidrolise a lactose, açúcar do leite, em glicose e galactose.
 
            A maioria das crianças possuem atividade máxima da lactase até os dois anos. Depois desse período pode-se distinguir dois grupos: os que digerem a lactose, também chamados de lactose persistente ou normolactasia e os que tem uma má digestão da lactose, também chamados de lactose não persistente ou hipolactasia. O grupo que não digere a lactose corresponde a aproximadamente 75% da população mundial.O mecanismo pelo qual a enzima é perdida ainda não é claro.
            A doença também pode ser congênita, ou seja, afetar a criança desde seu nascimento, porém essa é uma doença rara de caráter autossômico e recessivo.
            A intolerância à lactose também pode estar relacionada a doenças intestinais como a doença de Crohn´s ou drogas que danifiquem a mucosa do intestino delgado.
            O diagnóstico da intolerância à lactose pode ser realizado de duas maneiras. Uma delas envolve a realização de uma curva glicêmica onde coleta-se uma amostra de sangue do paciente em jejum depois o paciente recebe uma dose de lactose e novas amostras de sangue são coletadas após 15, 30, 60 e 90 minutos.
Glicólise ou via glicolítica
 
 
A glicólise ou via glicolíticaé a seqüência de reações que transforma uma glicose em 2 piruvato com a concomitante produção de uma quantidade relativamente pequena a ATP.
 
 
 
Todos os intermediários entre a glicose e piruvato são fosforilados.
 
OBS: A via glicolítica ocorre no citosol e pode ocorrer em condições anaeróbicas e aeróbicas.
 
 
 
Glicólise:
 
A reação da Glicólise ocorre em duas etapas:
 
Uma fase de investimento de energia, na qual os intermediários fosforilados são sintetizados a custa do consumo de 2 ATPs.
 
  
 
Na segunda etapa da glicólise produz poucos ATPs 
 
 
Na via Glicolítica ou Glicólise para cada molécula de Glicose
 
-         Começa gastando 2 ATPs no início da via.
- Ganha 4 ATPs no final da via
4 ATP (ganhos) – 2 ATP (consumidos) = 2 ATP (saldo final)
- Ganha 2 NADH + 2 H
 
Resumindo: Na glicólise, para cada molécula de glicose há uma produção de:
 
-        2 NADH e
-        2ATP (saldo final)
-         2 Piruvatos
 
A oxidação da glicose e a produção de ATP estão associados a redução do NAD+ para NADH. Como NAD+ existe nas células em concentração limitantes, muito inferior a quantidade de substrato), a manutenção da glicose depende da reoxidação do NADH em NAD+ .
A oxidação da glicose e a produção de ATP estão associados a redução de NAD+ para NADH.
 
 Como NAD+ existe nas células em concentração limitantes, muito inferior a quantidade de substrato), a manutenção da glicose depende da reoxidação do NADH em NAD+.
 
Os organismos regeneram o NAD+ através de dois processos básicos, segundo a disponibilidade de oxigênio:
 
Em aerobiose – utilizam O2(da respiração) para oxidar NADH.  
 
 
Em anaerobiose – não utiliza o O2,o própri o piruvato produzido pela glicólise serve como aceptor dos elétrons do NADH, sendo reduzido a lactato. A degradação anaeróbica da glicose é chamada de Fermentação.
 
As fermentações são processos auto-suficientes, ou seja, independem de outras vias por serem capazes de regenerar as coenzimas que são utilizam para a produção de ATP.
 
Fermentação Lática
 
 
Este processo é utilizado por:
·       algumas espécies de bactérias
·       hemácias
·       fibras musculares de contração rápida
·       fibras musculares em geral quando submetidos a esforço intenso
          Em certos organismos, como a leveduras e algumas bactérias, a regeneração do NAD+ é feita por outro processo:
O piruvato é descarboxilado, originando um acetaldeído, que, servindo como aceptor dos elétrons do NADH, reduz a etanol.
 
Fermentação Alcoólica:
Em certos organismos, como a leveduras e algumas bactérias, a regeneração do NAD+ é feita por outro processo:
 
O piruvato é descarboxilado, originando um acetaldeído, que, servindo como aceptor dos elétrons do NADH, reduz a etanol.
Ciclo de Krebs
 
          O Ciclo de Krebs é também conhecido como ciclo do ácido cítrico.
 
O ciclo de Krebs é definido como uma sequência cíclica de reações por meio das quais as moléculas de acetil-CoA, (provenientes do catabolismo do carboidrato, lipídeos e proteínas), são completamente oxidadas até CO2, com a liberação de átomos de hidrogênio para a produção de energia nas cadeias respiratórias.
Este processo aeróbico, que ocorre na matriz mitocondrial, é o mais eficiente para a produção de energia.
 
	
 
           Embora o ciclo de Krebs produza diretamente apenas 1 ATP (1 GTP = 1 ATP), ele contribui para a formação de grande parte do ATP produzido pela célula, pois a energia da oxidação da acetil-CoA é conservada sob forma de coenzimas reduzidas (NADH e FADH2) que posteriormente serão usada para síntese se ATP.
 
A oxidação das coenzimas é obrigatoriamente feita pela cadeia de transporte de elétrons (cadeia respiratória) e, portanto, o ciclo de Krebs, assim como a conversão de piruvato a acetil-CoA, só pode funcionar em condições aeróbicas ao contrário da via glicolítica ( glicólise) que pode funcionar em condições anaeróbicas.
 
 
 
 
 
 
Formação do Acetil-CoA
 
 
Em condições aeróbicas, o piruvato (substância produzida durante a quebra da molécula da glicose) é convertido a acetil-CoA através de uma enzima específica chamada complexo piruvato desidrogenase.
 O piruvato que está no citossol entra na mitocôndria, através de uma translocase específica , e é transformado em acetil-CoA, conectando, portanto a via glicolítica (ou glicólise) ao ciclo de Krebs.
 
Regulação de Ciclo de Krebs.
 As enzimas abaixo são moduladas (ativadas ou inibidas) pela disponibilidade celular de algumas substâncias.
 
A enzima citrato sintase é inibida pelo  ATP, NADH, succiil – CoA
A isocitrato desidrogenase é ativada pelo ADP e inibida pelo ATP e NADH
A a-cetoglutarato desidrogenase é inibida pelo ATP, NADH, GTP e succinil-CoA
 
 Cadeia Respiratória
 
Introdução:
Os processos da vida requerem que as moléculas consumidas na dieta sejam quebradas para que se possa extrair energia delas, e para fornecer “matéria prima” para a síntese (produção) de novas moléculas.
Para o processo de obtenção de energia, são necessários uma série de reações em que doadores de elétrons transferem energia para aceptores de elétrons. As reações de oxidação – redução são fundamentais para a obtenção de energia de moléculas como por exemplo energia obtida através da glicose. Os principais transportadores de elétrons são o NADH (dinucleotídeo denicotinamida adenina) e o FADH2 (flavina adenina dinucleotídio).
Na reações que participam o NAD+ e o FAD (que estão na forma oxidada, ou seja, ainda não receberam os prótons (H+) e elétrons (e-), recebem os prótons e elétrons do substrato gerando o NADH + H e o FADH2.
Quando o NADH + H perde dois elétrons e 2 prótons ele volta a formar o NAD+ e o FADH2 quando perde dois elétrons e 2 prótons ele volta a formar o FAD .
    
É a energia química do ATP a que será diretamente usada para promover os processos biológicos que consomem energia.
          Em resumo, para que a energia derivada da oxidação dos alimentos possa ser aproveitada pelas células, ela deve estar sob a forma de ATP.
 
                                    ADP + Pi   → ATP
 
 
Cadeia Respiratória ou Cadeia de Transporte de elétrons e Fosforilação Oxidativa
 
 
Cadeia Respiratória ou Cadeia de Transporte de elétrons e Fosforilação Oxidativa pode ser definida como um conjunto de substâncias transportadoras de prótons e elétrons localizados na mitocôndria (na membrana interna da mitocôndria), que permitem a combinação do hidrogênio, liberado dos compostos orgânicos, com o oxigênio respiratório resultando em água (H2O) e liberando energia (ATP).
O metabolismo aeróbico é uma maneira altamente eficiente de uma organismo extrair energia dos nutrientes. Em células eucarióticas, todos os processos aeróbicos (ex: ciclo de Krebs) ocorrem na mitocôndria; já os processos anaeróbicos, como a glicólise ocorre no citosol das células.
As moléculas de NADH + H e FADH2 que foram gerados durante a glicólise (via glicolítica) e ciclo de Krebs, transferem seus elétrons para o oxigênio molecular (O2), através de uma série de reações conhecida como Cadeia Respiratória ou Cadeia de Transporte de elétrons.Tais moléculas (NADH + H e FADH2) são oxidadas até a NAD+ e FAD, que podem ser utilizadas novamente em várias vias metabólicas.
A série de reações da Cadeia de Transporte de elétrons está esquematizada na figura a seguir.                             
Os elétrons presentes no NADH são transferidos para o Complexo I, do ComplexoI vai para a coenzima Q, depois para o Complexo III, Citocromo c, Complexo IV e finalmente para o oxigênio (O2), como pode ser observado abaixo.
          Os elétrons presentes no FADH2 e outros substratos tem a entrada pelo complexo II, e são transferidos para coenzima Q, depois para o Complexo III, Citocromo C, Complexo IV e finalmente para o oxigênio (O2).
 Durante o transporte de elétrons na cadeia respiratória, há um bombeamento de prótons (H+) no espaço entre a membrana interna e a membrana externa da mitocôndria, chamado espaço intermembranas, criando um gradiente de prótons, que será utilizado na síntese do ATP (Fosforilação oxidativa).
Os transportadoresde elétrons são agrupados em 4 complexos, e sem fazer parte dos complexos, aparecem ainda dois componentes da cadeia de transporte de elétrons: a coenzima Q (CoQ) que conecta os complexos I e II ao complexo III, e o citocromo c, que conecta o complexo III ao IV.
 
 
Nome dos componentes da Cadeia de Transporte de elétrons
 
	Complexo I   (NADH-CoQ redutase)
	Complexo II (Succinato-CoQ redutase)
	CoQ                (coenzima Q)
	Complexo III    (CoQ-citocromo credutase)
	Citocromo c
	Complexo IV    (citocromo c oxidase)
 
 
Fosforilação Oxidativa:
 
 
A energia liberada pela oxidação dos nutrientes é usada pelo organismo sob a forma de energia química do ATP. A produção de ATP na mitocôndria é o resultado da fosforilação oxidativa, na qual o ADP é fosforilado, obtendo-se o ATP. As reações da cadeia de transporte de elétrons estão intimamente relacionadas à fosforilação oxidativa (síntese do ATP).
A operação da cadeia de transporte de elétrons produz um bombeamento de prótons (H+) no espaço entre a membrana interna e a membrana externa da mitocôndria, chamado espaço intermembranas, criando um gradiente de prótons
Um ponto importante é que para cada NADH são gerados 3 ATP e para cada FADH2 são gerados 2 ATP.
 
 
 
Inibidores da cadeia de transporte de elétrons
 
Há drogas capazes de atuar especificamente sobre um dos complexos da cadeia de transporte de elétrons, impedindo o prosseguimento da transferência de elétrons. O resultado desta ação inibitória é a paralisação do transporte de elétrons e das vias metabólicas que dependem da cadeia. Deste modo em instantes, todos os componentes da cadeia estarão parados, sem o transporte de elétrons, não se forma também o gradiente de prótons e, consequentemente, não há a síntese de ATP. Estas drogas são, portanto, potencialmente letais pois, bloqueiam o transporte de elétrons (não formando água) e a síntese de ATP.
 
 
 Alguns exemplos de inibidores de cadeia respiratória
 
 
	Inibidores
	Complexos
 
	Barbituratos (hipnóticos)
	Complexo I
	Rotenona (inseticida)
	Complexo I
	Cianeto, monócido de carbono, ácido sulfúrico, etc...
	Complexo IV
 
 
Desacopladores da cadeia respiratória.
 
Algumas substâncias são capazes de dissociar o transporte de elétrons da fosforilação oxidativa; estas substâncias são chamadas de desacopladores. Os compostos conhecidos como desacopladores inibem a fosforilação do ADP, ou seja,não há a síntese do ATP a partir do ADP + Pi, sem, contudo afetar o transporte de elétrons. Um exemplo bem conhecido de um desacoplador é o DNP (2,4 dinitrofenol). Vários antibióticos como a valinomicina e a gramicidina A, também são desacopladores.
          O DNP pode atravessar a membrana plasmática da mitocondria e se associar aos prótons (H+) no espaço intermembrana da mitocôndria, liberando-o na matriz mitocondrial, impedindo assim a formação do gradiente de prótons, que seria usado para a síntese do ATP, portanto esta droga não impede o transporte de elétrons, mas impede a formação do ATP.
Em resumo, quando o processo de oxidação da mitocôndria está operando normalmente, o transporte de elétrons do NADH ou FADH2 até o oxigênio (O2) resulta na formação de H2O e ATP. Quando um desacoplador está presente, o oxigênio é reduzido à água (H2O), mas não há a síntese do ATP. Se o desacoplador for removido a síntese do ATP associada a cadeia de transporte de elétrons recomeçará.
SÍNTESE E DEGRADAÇÃO DO GLICOGÊNIO
 
O glicogênio é um polissacarídeo de reserva animal, formado por moléculas de glicose ligadas entre si por ligações glicosídicas.
Os principais estoques de glicogênio no corpo se encontram nos músculos esqueléticos e no fígado, embora a maioria das células armazene pequenas quantidades para o uso próprio.
De modo geral a síntese (glicogênese) e a degradação (glicogenólise) do glicogênio ocorrem preferencialmente nos tecidos hepáticos e muscular, porém com significados biológicos diferentes.
          O glicogênio muscular está mais diretamente relacionado com o suprimento de glicose para a geração de energia (ATP), através da glicólise ( via glicolítica) durante a contração muscular.
 
O glicogênio que se encontra no fígado (glicogênio hepático) possui uma função de controle dos níveis de glicose sanguínea (glicemia), especialmente no início do jejum.
         
                        Glicogenólise (degradação do glicogênio)
 
Os tecidos hepáticos e musculares são os de maior importância no armazenamento de glicogênio, visto que são tecidos responsáveis pela manutenção da glicemia e produção de ATP.
Quando o excesso de glicose é convertido em glicogênio (pela glicogênese), este é armazenado no citosol da célula sob forma de grânulos insolúveis. A medida em que a célula começa a precisar de glicose, ela requisita de seu depósito de glicogênio, moléculas de glicose, que são liberadas através de uma seqüência de reações denominada de Glicogenólise.
 
 
Glicogênese ( síntese de glicogênio)
 
 O glicogênio é sintetizado a partir de a-D-glicose. O processo ocorre no citosol e requer energia fornecida pelo ATP (para a fosforilação da glicose). A síntese do glicogênio, portanto,  consiste na repetida adição de resíduos de glicose nas extremidades de núcleo de glicogênio (pré-existente na célula, onde conforme a disponibilidade de glicose no tecido, a incorporação pode ser mais ou menos acentuada.
         O núcleo de glicogênio (pré-existente na célula) é denominado “glicogênio de partida” ou “primer”.
A glicose a ser incorporada deve estar na forma ativada, ou seja, ligada a uma uridina difosfato = uridina difosfato glicose (UDPG).
 
 
 
 
 
 
A síntese e degradação do glicogênio dependem da atividade celular.
• Quando há excesso de glicose, a célula desloca as reações no sentido da síntese (glicogênese).
• Quando a falta (necessidade) de glicose, o sentido das reações é o da degradação (glicogenólise).
 
          Como podemos ver estas duas etapas são antagônicas, portanto, é de se esperar que quando uma via estiver ativada a outra está inibida. Os hormônios controlam estas vias, controlando as principais enzimas destas vias.
 
A enzima chave:
·       da via de síntese (Glicogênese)é a glicogênio sintase
·       da via de degradação (Glicogenólise) é a glicogênio- fosforilase.
·       Estas enzimas estão sob controle de hormônios que ditam se elas vão estar na forma ativa (ativa a via que ela pertence) ou de forma inativa (inibe a via em que ela pertence)
 
Devido a importância da manutenção dos níveis de glicose no sangue, a síntese e a degradação do glicogênio, são firmemente reguladas.
No fígado a glicogênese (síntese do glicogênio) é acelerada quando o corpo está bem alimentado, enquanto a (glicogenólise) degradação do glicogênio é acelerada em períodos de jejum. No músculo esquelético, a degradação do glicogênio ocorre durante o exercício físico e, a síntese começa assim que o músculo entra novamente em descanso.
O processo de ativação e inibição das vias é conseguida através dos hormônios insulina, adrenalina e glucagon e pela própria concentração de glicose6–fosfato, cálcio e inibidores enzimáticos, entre outros moduladores.
 
 
          Regulação alostérica da síntese e da degradação do glicogênio:
 
          A glicogênnio-sintase e a glicogênio-fosforilase respondem aos níveis dos metabólitos e às necessidades energéticas da célula.
Se no nosso organismo tivermos excesso de glicose e níveis de ATP normais, a própria concentração de glicose 6-fosfato e o hormônio insulina (hormônio de ação hipoglicemiante) agem ativando a enzima glicogênio–sintase e como conseqüência ativa a Glicogênese (que processa o excesso de glicose transformando-a em glicogênio).
 
Ao contrário, quando os níveis de ATP e glicose estão baixos, a insulina deixa de ser produzida e os hormônios antagônicos, isto é de ação hiperglicemiante, a adrenalina e o glucagon, é que serão produzidos. Estes hormônios ativam a enzima glicogênio-fosforilase ativando assim a glicogenólise (quebram o glicogênio em moléculas de glicóse para suprir os baixos níveis de glicose).Ativação da degradação do glicogênio no músculo pelo cálcio:
 
          Durante a contração muscular, há uma necessidade de energia (ATP) que é formecida pelo glicogênio muscular.  Impulsos nervosos causam a despolarização da membran, a qual, por sua vez, promove a liberação do Cálcio (Ca2+) do retículo sarcoplasmático para o sarcoplasma das células musculares. O cálcio liga-se à calmodulina, uma proteína da família de pequenas proteínas ligantes de cálcio. O complexo Ca2+ - calmodulina ativa as enzima fosforilase-quinase., promovendo a degradação do glicogênio.
          Qando o músculo relaxa, o calcio volta para o retículo sarcoplasmático e a fosforilase-quinase fica inativa.
 
Via das pentoses
 
É também chamada de desvio da hexose monofosfato, e é uma via alternativa de oxidação (degradação de glicose), ou seja, importante via anaeróbica alternativa para a utilização de glicose. Esta via não é produtora de ATP mas é fonte de NADPH ( uma coenzima semelhante ao NAD).
 
A via das pentoses tem 2 funções básicas:
 
 
1- produção de pentoses – produz ribose 5-fosfato para a síntese de nucleotídeos componente do ácidos nucléicos que formam o DNA).
 
2- produção de NADPH- que é um agente redutor utilizado para a síntese de ácido graxos e dos esteróides (colesterol e seus derivados), e da manutenção da integridade da membranas da hemácias
          A via das pentoses é ativada no fígado, glândulas mamárias, tecido adiposo e nas hemácias. È uma via citoplasmática e anaeróbica. 
 
 
 
A via das pentoses pode ser dividida em duas etapas:
 
1- Fase oxidativa – produção de pentoses
 
2- fase não oxidativa- produção de intermediários para a via glicolítica. Na via das pentoses há a formação por exemplo de frutose 6- fosfato e gliceraldeído 3-fosfato que são intermediários da via glicolítica (glicólise).
 
A via das pentoses ocorre no citoplasma, como a glicólise (via glicolítica). As duas vias apesar de diferentes , estão intimamente ligadas através de compostos comuns: glicose 6-fosfato, frutose 6- fosfato e gliceraldeído 3-fosfato.
SÍNTESE E DEGRADAÇÃO DO GLICOGÊNIO
 
O glicogênio é um polissacarídeo de reserva animal, formado por moléculas de glicose ligadas entre si por ligações glicosídicas.
Os principais estoques de glicogênio no corpo se encontram nos músculos esqueléticos e no fígado, embora a maioria das células armazene pequenas quantidades para o uso próprio.
De modo geral a síntese (glicogênese) e a degradação (glicogenólise) do glicogênio ocorrem preferencialmente nos tecidos hepáticos e muscular, porém com significados biológicos diferentes.
          O glicogênio muscular está mais diretamente relacionado com o suprimento de glicose para a geração de energia (ATP), através da glicólise ( via glicolítica) durante a contração muscular.
 
O glicogênio que se encontra no fígado (glicogênio hepático) possui uma função de controle dos níveis de glicose sanguínea (glicemia), especialmente no início do jejum.
         
 
                 
                        Glicogenólise (degradação do glicogênio)
 
Os tecidos hepáticos e musculares são os de maior importância no armazenamento de glicogênio, visto que são tecidos responsáveis pela manutenção da glicemia e produção de ATP.
Quando o excesso de glicose é convertido em glicogênio (pela glicogênese), este é armazenado no citosol da célula sob forma de grânulos insolúveis. A medida em que a célula começa a precisar de glicose, ela requisita de seu depósito de glicogênio, moléculas de glicose, que são liberadas através de uma seqüência de reações denominada de Glicogenólise.
 
 
Glicogênese ( síntese de glicogênio)
 
 O glicogênio é sintetizado a partir de a-D-glicose. O processo ocorre no citosol e requer energia fornecida pelo ATP (para a fosforilação da glicose). A síntese do glicogênio, portanto,  consiste na repetida adição de resíduos de glicose nas extremidades de núcleo de glicogênio (pré-existente na célula, onde conforme a disponibilidade de glicose no tecido, a incorporação pode ser mais ou menos acentuada.
         O núcleo de glicogênio (pré-existente na célula) é denominado “glicogênio de partida” ou “primer”.
A glicose a ser incorporada deve estar na forma ativada, ou seja, ligada a uma uridina difosfato = uridina difosfato glicose (UDPG).
 
 
 
 
 
 
A síntese e degradação do glicogênio dependem da atividade celular.
• Quando há excesso de glicose, a célula desloca as reações no sentido da síntese (glicogênese).
• Quando a falta (necessidade) de glicose, o sentido das reações é o da degradação (glicogenólise).
 
          Como podemos ver estas duas etapas são antagônicas, portanto, é de se esperar que quando uma via estiver ativada a outra está inibida. Os hormônios controlam estas vias, controlando as principais enzimas destas vias.
 
A enzima chave:
·       da via de síntese (Glicogênese)é a glicogênio sintase
·       da via de degradação (Glicogenólise) é a glicogênio- fosforilase.
·       Estas enzimas estão sob controle de hormônios que ditam se elas vão estar na forma ativa (ativa a via que ela pertence) ou de forma inativa (inibe a via em que ela pertence)
 
Devido a importância da manutenção dos níveis de glicose no sangue, a síntese e a degradação do glicogênio, são firmemente reguladas.
No fígado a glicogênese (síntese do glicogênio) é acelerada quando o corpo está bem alimentado, enquanto a (glicogenólise) degradação do glicogênio é acelerada em períodos de jejum. No músculo esquelético, a degradação do glicogênio ocorre durante o exercício físico e, a síntese começa assim que o músculo entra novamente em descanso.
O processo de ativação e inibição das vias é conseguida através dos hormônios insulina, adrenalina e glucagon e pela própria concentração de glicose6–fosfato, cálcio e inibidores enzimáticos, entre outros moduladores.
 
 
          Regulação alostérica da síntese e da degradação do glicogênio:
 
          A glicogênnio-sintase e a glicogênio-fosforilase respondem aos níveis dos metabólitos e às necessidades energéticas da célula.
Se no nosso organismo tivermos excesso de glicose e níveis de ATP normais, a própria concentração de glicose 6-fosfato e o hormônio insulina (hormônio de ação hipoglicemiante) agem ativando a enzima glicogênio–sintase e como conseqüência ativa a Glicogênese (que processa o excesso de glicose transformando-a em glicogênio).
 
Ao contrário, quando os níveis de ATP e glicose estão baixos, a insulina deixa de ser produzida e os hormônios antagônicos, isto é de ação hiperglicemiante, a adrenalina e o glucagon, é que serão produzidos. Estes hormônios ativam a enzima glicogênio-fosforilase ativando assim a glicogenólise (quebram o glicogênio em moléculas de glicóse para suprir os baixos níveis de glicose).
 
 
          Ativação da degradação do glicogênio no músculo pelo cálcio:
 
          Durante a contração muscular, há uma necessidade de energia (ATP) que é formecida pelo glicogênio muscular.  Impulsos nervosos causam a despolarização da membran, a qual, por sua vez, promove a liberação do Cálcio (Ca2+) do retículo sarcoplasmático para o sarcoplasma das células musculares. O cálcio liga-se à calmodulina, uma proteína da família de pequenas proteínas ligantes de cálcio. O complexo Ca2+ - calmodulina ativa as enzima fosforilase-quinase., promovendo a degradação do glicogênio.
          Qando o músculo relaxa, o calcio volta para o retículo sarcoplasmático e a fosforilase-quinase fica inativa.
 
Via das pentoses
 
É também chamada de desvio da hexose monofosfato, e é uma via alternativa de oxidação (degradação de glicose), ou seja, importante via anaeróbica alternativa para a utilização de glicose. Esta via não é produtora de ATP mas é fonte de NADPH ( uma coenzima semelhante ao NAD).
 
A via das pentoses tem 2 funções básicas:
 
 
1- produção de pentoses – produz ribose 5-fosfato para a síntese de nucleotídeos componente do ácidos nucléicos que formam o DNA).
 
2- produção de NADPH- que é um agente redutor utilizado para a síntese de ácido graxos e dos esteróides (colesterol e seus derivados),e da manutenção da integridade da membranas da hemácias
          A via das pentoses é ativada no fígado, glândulas mamárias, tecido adiposo e nas hemácias. È uma via citoplasmática e anaeróbica. 
 
 
A via das pentoses pode ser dividida em duas etapas:
 
1- Fase oxidativa – produção de pentoses
 
2- fase não oxidativa- produção de intermediários para a via glicolítica. Na via das pentoses há a formação por exemplo de frutose 6- fosfato e gliceraldeído 3-fosfato que são intermediários da via glicolítica (glicólise).
 
A via das pentoses ocorre no citoplasma, como a glicólise (via glicolítica). As duas vias apesar de diferentes , estão intimamente ligadas através de compostos comuns: glicose 6-fosfato, frutose 6- fosfato e gliceraldeído 3-fosfato.
Lipídeos
 
Conceito e importância
Os lipídeos são um grupo heterogêneo de moléculas orgânicas insolúveis em água (hidrofóbicas) esolúveis em solvente orgânicos (solventes apolares) (éter, clorofórmio etc..).eles incluem as gorduras, os óleos, os esteróides, as ceras e compostos relacionados.
Devido a sua insolubilidade em soluções aquosas, os lipídeos corporais são geralmente compartimentalizados nos adipócitos ou transportados no plasma em associação com as proteínas.
Os lipídeos são as maiores fontes de energia do corpo, e também fornecem barreira hidrofóbica que permite a separação do conteúdo aquoso da célula com as organelas. Os lipídeos são utilizados com outras funções no organismo, como hormônio esteróides, vitaminas lipossolúveis, entre outros.
Funções biológicas gerais dos lipídeos:
- componentes das membranas celulares,
- isolantes térmicos,
- reserva de energia (tecido adiposo).
- muitos de seus derivados formam vitaminas e hormônios.
O conhecimento da estrutura química e do metabolismo dos lipídeos é necessário para compreender as relações de muitas áreas biológicas: nutrição e obesidade, armazenamento e fornecimento de energia e mesmo patologias como a aterosclerose.
 
ESTRUTURA DE LIPÍDEOS:
Muitos lipídeos são compostos anfipáticos(ou anfifílicos), ou seja, apresentam na molécula uma porção polar, hidrofílica, e uma porção apoIar, hidrofóbica.
Um exemplo é o ácido graxo:
 
    Os ácidos graxossão ácidos carboxílicos com uma longa cadeia carbônica (hidrocarbonetos), geralmente com número par de átomos de carbono (entre 14 e 24), sem ramificações, podendo ser saturada ou conter uma ou mais insaturações.Os ácidos graxos mais comuns são os de 16 e 18 carbonos. O grupo carboxila constitui a região polar ou hidrofílica, e a cadeia carbônica, a parte apoIar ou hidrofóbica.
 
 Ácidos graxos livres são pouco encontrados no organismo: mais freqüentemente estão ligados a um álcool, que pode ser o glicerol ou a esfingosina.
Quando os lipídeos estão ligados a um glicerol são chamados de Triacilgliceróis (TG) e glicerofosfolipídeos
Os triacilglicerois (TG), também chamados de gorduras ou triglicerídeos, constituem cerca de 90% dos lipídeos da dieta e são a principal forma de armazenamento de energia metabólica nos seres humanos.
 
Quando os lipídeos estão ligados a uma esfingosina são chamados esfingolipídeos.
Os triacilgliceróis (também chamados de triglicerídeos) atuam como a maior reserva de energia em animais (são uma forma de armazenamento de ácidos graxos), sendo a mais importante classe de lipídeos, apesar de não serem componentes das membranas celulares.
Os triacilglicerois são armazenados nas células adiposas, sob forma anidra (ou seja, sem a presença de água) e pode ocupar a maior parte do volume celular.
 
Estrutura do triacilglicerol:
 Os glicerofosfolipídeos e os esfingolipídeos, juntamente com o colesterol, fazem parte das membranas celulares.
A temperatura de fusão dos ácidos graxos diminui com o número de insaturações (contêm ligações duplas) e aumenta com o comprimento da cadeia. Assim, ácido esteárico (saturado, ou seja, que contêm ligações simples) e ácido oleico (uma insaturação), ambos com 18 carbonos, têm pontos de fusão muito diferentes: 69,6°C e 13,4 °C respectivamente.
A maior parte dos ácidos graxos necessários ao metalolismo do homem e são produzidos endógenamente em seu próprio organismo.
Fazem exceção dois ácidos graxos insaturados:
·       Ácido linoleico com 18 carbonos e duas insaturações
·       Ácidos linolênico com 18 carbonos e três insaturações
Os ácidos graxos que devem necessariamente constar da dieta são chamados de Ácidos graxos essenciais.
Os ácidos graxos essenciais são importantes para a fluidez das membranas e para a síntese de prostaglandinas.
As prostaglandinas estão envolvidas em várias ações biológicas tais como: vasodilatação, relaxamento de músculo liso, contração uterina.
Classificação dos lipídeos:
- Simples: constituídos exclusivamente por ésteres de ácidos graxos e só apresentam C, H e O em suas moléculas. Exemplo: Glicerídeos (acilgliceróis) e cerídeos (ceras animais e vegetais).
- Lipídeos Compostos: são ésteres de ácidos graxos com outros grupos além do álcool e do ácido graxo.
Exemplo:
- fosfolipídeos – lipídeos que contém além do álcool e ácido graxos também um grupo fosfato.
- glicolipídeos- são lipídeos que possuem a molécula de ácido graxos ligada a um álcool, a esfingosina, e este a um carboidrato.
- Esteróis: Os esteróis são lipídeos especiais encontrados na maioria das células eucarióticas. O colesterol é um esterol, ele é precursor de outros esteróis, tais como: sais e ácidos biliares, hormônios esteróides (ex: sexuais), vitamina D, entre outros.
Biossíntese de ácido graxos: (Lipogênese)
 
A síntese de ácidos graxos ocorre no citoplasma das células adiposas onde se acham agrupadas as enzimas correspondentes (complexo enzimático).
 
            Os ácidos graxos são sintetizados a partir da reunião de moléculas de acetil-CoA citossólico (molécula precursora).
            A síntese de ácidos graxos consiste na união sequencial de unidades de dois carbonos: a primeira unidade é proviniente de acetil-CoA, e todas as subsequentes, de malonil-CoA, formada pela carboxilação de acetil-CoA. Esta reação é catalisada pela acetil-CoA carboxilase que tem como grupo prostético a biotina.
 
 
-        A primeira etapa da síntese de ácido graxo é o transporte de acetil-CoA para o citoplasma.
 
 
Síntese de ácido graxo
 
   
 
 
Síntese de triacilglicerois (TG)
 
Os ácidos graxos sintetizados na via anterior, deverão combinar-se (através de uma esterificação) com o glicerol a fim de produzir os triacilgliceróis armazenáveis.
 
Para isto o glicerol deve ser ativado até glicerofosfato por transferência de um grupo fosfato (P) do ATP.
 
Via de produção de glicerol-fosfato no fígado e tecido adiposo.
 
 
Os ácidos graxos são armazenados no nosso organismo na forma de triacilglicerol (TG) e servem como principal reserva de energia. A seguir a via de formação de Triacilglicerol.
 
Degradação de Triacilglicerois:
 
Os triacilgliceróis devem ser hidrolisados até ácido graxos e glicerol para serem mobilizados e lançados para a corrente circulatória (lipólise).
 
 
Essa hidrólise ocorre no tecido adiposo por ação da “lípase hormônio sensível” (LHS) que hidrolisa as ligações éster e separa as partes componentes dos triacilgliceróis.
 
A LHS é inibida pela insulina.
 
A LHS é ativada pelos hormônios glucagon, adrenalina, hormônio de crescimento e corticóides, estes hormônios são ditos lipolíticos.
 
Os ácidos graxos são lançados na corrente circulatória, associando-se à albumina plasmática (formando lipoproteínas) sendo levados aos tecidos consumidores.
 
O Glicerol, como também não é utilizado pela célula adiposa, por falta da enzima gliceroquinase ( exclusiva do fígado do tecido hepático), também é levado pelo sangue ao fígado , onde é metabolizado.
 
Degradação de ácidos graxos ou b-oxidação ou ciclo de Lynen:
 
Nas células os ácidos graxos (acil-CoA) serão oxidados no interior das mitocôndrias ( matriz mitocondrial) por uma denominada de b-oxidação ou ciclo de Lynen, até CO2 e H2O, liberando a energia que contém, parte da qual será usada na síntese do ATP.
 
 
b-oxidação ou ciclo de Lynen é uma via que contémuma série de reações que ao final das quais a acil-CoA é encurtada de dois em dois carbonos, liberandos sob a forma de acetil-CoA.
 
No citoplasma (ativação do ácido graxo)
 
Esta reação é catalisada pela enzima Acil-CoA sintetase
 
 
A passagem para o interior das mitocôndrias se dá através do auxílio de um transportador específico (carnitina).
 
Observações que você deve fazer no ciclo de Lynen
 
·        No ciclio de Lynen (degradação de ácido graxo) tem-se a redução de FAD para FADH2 e de NAD+ para NADH + H.
·        O processo é aeróbico e em cada volta é acionada a cadeia respiratória consumindo O2.
 
·        Por volta o ciclio de Lynen gera 5 ATPs (2 vindo FADH2 e 3 vindo do NADH que vão para a cadeia respiratória).
 
 
Utilização do glicerol:
 
Cada molécula a ser metabolizada é ativada no fígado (e não no tecido adiposo) a glicerofosfato e depois oxidada a diidroxiacetona- fosfato, e esta é a convertida a gliceraldeído -3 –fosfato através de uma isomerase.
Formação de Corpos Cetônicos:
 
A acetil-CoA formada na oxidação de ácidos graxos só entra no ciclo de Krebs se a degradação de lipídios e a de glicídeos estiverem adequadamente equilibradas. O motivo é que a entrada de acetil-Coa no ciclo de Krebs depende da disponibilidade de oxaloacetato para a formação de citrato.
 
No jejum intenso ou na diabetes, o oxaloacetato é usado para formar glicose pela via gliconeogênese e por isso, não está disponível para o ciclo de krebs, nessas condições , a acetil-CoA é desviada para a formação de:
 - acetoacetato, D-3- hidroxibutirato e acetona - que são referidos como – Corpos cetônicos.
 
 
 
-         O odor da acetona pode ser detectado na respiração de uma pessoa que tenha um nível alto de acetoacetato no sangue.
 
-         O fígado é a principal local de produção de acetoacetato e 3-hidroxibutirato. Estas substâncias difundem-se das mitocôndrias do fígado para o sangue, sendo transportadas para o tecido.
 
-         acetoacetato e 3-hidroxibutirato – são substratos normais para a respiração. A glicose é o alimento principal para o cérebro e glóbulos vermelhos do sangue em um pessoa bem nutrida em dieta equilibrada. No entanto, o cérebro adapta-se à utilização de acetoacetato durante o jejeum prolongado e em diabetes. Em jejum muito prolongado, 75% das necessidades energéticas do cérebro são atendidas pelo acetoacetato.
 
O acetoacetato tem papel regulador . Altos níveis de acetoacetato no sangue significam uma abundância de unidades acetila e levam a um decréscimo na velocidade da lipólise no tecido adiposo.
Quando a produção de corpos cetônicos ultrapassa o aproveitamento pelos tecidos extra-hepáticos, estabelece-se uma condição denominada cetose,caracterizada por uma concentração elevada de corpos cetônicos no plasma (cetonemia) e na urina (cetonúria).
 
Cetomenia – resulta em acidose, isto é uma diminuição do pH sanguìneo. Em casos de cetose acentuada, o cérebro obtém uma parte considerável da energia de que necessita por oxidação dos corpos cetônicos.
 
Utilização do acetoacetato como fonte de energia. O acetoacetato pode ser transformado em duas moléculas de acetil CoA, que, então entram no ciclo de Krebs.
Metabolismo do colesterol
O colesterol é produzido endogenamente nos animais em todos os tecidos, principalmente no fígado, intestino, córtex adrenal e gônodas.
Apesar dos animais terem a capacidade de produzir o colesterol endógeno, cerca de 25% do total é consumido na dieta.
O colesterol obtido da dieta é transportado pelos quilomícrons. Juntamente com o colesterol extra –hepático é transportado pelo HDL são enviados para o fígado (colesterol hepático).
O colesterol hepático é eliminado através da bile, sob forma de sais e ácidos biliares ou excretados para os tecidos extra-hepático através das lipoproteínas VLDL e LDL.
O colesterol é precursor dos ácidos biliares, hormônios esteróides e vitamina D.
Síntese de Colesterol:
A síntese do colesterol ocorre no citoplasma, pois as enzimas estão presentes no citossol e retículo endoplasmático. A molécula que é precursora da síntese de colesterol é a molécula de acetil-CoA .
A seguir a via resumida da síntese do colesterol
2 Acetil-CoA
↓
Acetoacetil- CoA
↓
 
HMG-CoA
                                                                                        2 NADPH →    ↓      HMG – CoA redutase
                                                                                                        Mevalonato
                                                                                                                  ↓ 
                                                                                                       Farmesil –PP
                                                                                                               ↓ 
                                                                                                      Esqualeno
                                                                                                             ↓ 
                                                                                                     Colesterol
Regulação da via de síntese:
 
A HMG-CoA  redutase  é a enzima limitante da velocidade de síntese do colesterol. Esta enzima pode sofrer diversos tipos de controle metabólico.
 
Regulação hormonal:  
A enzima  HMG-CoA  redutase  é ativada pelos hormônios insulina e tiroidiano, aumentado assim, a velocidade de síntese do colesterol.
Ao contrário, a enzima  HMG-CoA  redutase  é inibida pelos hormônio glucagon , diminuindo assim, a velocidade de síntese do colesterol.
Inibição retroativa: 
O excesso de melovanato e o colesterol  produzidos iniibem a atividade da HMG-CoA  redutase , diminuindo assim, a velocidade de formação do colesterol
Inibição genética:
O aumento da produção ou captação de colesterol causa uma inibição na attividade do gene da HMG-CoA  redutase . Com a inibição na produção desta enzima há uma redução na síntese de colesterol, pois esta enzima é fundamental para este processo.
Inibição por drogas:
Há drogas derivadas da estatina (lovastatina, mevastatina), inibem a enzima HMG-CoA  redutase , diminuindo a síntese do colesterol.