Metabolismo dos Carboidratos

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Metabolismo dos Carboidratos 
Profª Maria Lucia Araujo 
A glicose é, quantitativamente, o principal substrato oxidável para a maioria dos organismos; 
Sua utilização como fonte de energia pode ser considerada universal e, dos microrganismos aos seres humanos, quase todas as células são capazes de atender a suas demandas energéticas apenas a partir deste açúcar;
 Para algumas células e órgãos, como hemácias e cérebro, a glicose é imprescindível, por ser o único substrato a partir do qual podem sintetizar ATP.
Glicólise (citosol); 
Ciclo de Krebs (matriz mitocondrial); 
Cadeia transportadora de elétrons (membrana mitocondrial interna). 
Glicólise:
A via glicolítica é utilizada em todos os tecidos para a quebra da glicose, com o objetivo de fornecer energia e intermediários para outras vias metabólicas; 
É o centro do metabolismo dos carboidratos, já que todos os glicídios são convertidos em glicose; 
Aeróbia ou anaeróbia (produção de ATP em tecidos sem mitocôndria como as hemácias ou em células em que o oxigênio esteja em quantidade insuficiente); 
2 estágios – investimento e produção de energia. 
Reações da glicólise:
Hexoquinase: maioria dos tecidos; 
Glicocinase: parênquima hepático e células β pancreáticas. 
1. Fosforilação da glicose: 
2. Isomerização da glicose-6-fosfato: 
3. Fosforilação da glicose-6-fosfato: 
Mais importante ponto de controle; 
Estado alimentado: elevados níveis de frutose-2,6-bifosfato – aumento na velocidade. 
4. Clivagem da frutose-1,6-bifosfato:
 
5. Isomerização da di-hidroxiacetona-fosfato:
 
6. Oxidação do gliceraldeído-3-fosfato:
 
7. Síntese do 3-fosfoglicerato:
 
Formação de ATP
8. Troca do grupo fosfato do carbono 3 para o 2:
 
9. Desidratação do 2-fosfoglicerato:
 
10. Formação do piruvato:
 
Formação de ATP
Formação do lactato: 
Principal destino do piruvato no cristalino e na córnea do olho, na medula renal, nos testículos, leucócitos e eritrócitos, pois todos eles apresentam-se probremente vascularizados e/ou privados de mitocôndrias
Regulação hormonal da glicólise: 
Estado alimentado: estímulo das enzimas glicocinase, fosfofrutocinase e piruvatocinase.
Destinos do piruvato:
Acetil CoA: principal combustível para o ciclo do ácido cítrico e bloco construtivo para síntese de ácidos graxos; 
Oxalacetato: repõe intermediários do ciclo de Krebs e fornece substratos para a glicogeogênese; 
Lactato; 
Etanol: ocorre em microorganismos. 
 
Como a glicólise não requer oxigênio, ela pode ocorrer tanto em condições aeróbicas (com oxigênio) quanto anaeróbicas (sem oxigênio); 
Ao contrário, as reações do ciclo de Krebs e da cadeia transportadora de elétrons que requerem oxigênio; 
Desse modo, quando o oxigênio está presente todas as quatro fases ocorrem: a glicólise, a formação da acetilcoenzima A, o ciclo de Krebs e a cadeia transportadora de elétrons; 
Entretanto, se o oxigênio não estiver disponível ou se a sua concentração for baixa, o ácido pirúvico é convertido em um substrato chamado ácido láctico e os passos seguintes da respiração celular não ocorrem. 
O piruvato formado a partir de glicose no citosol origina o grupo acetila presente na acetil-CoA mitocondrial;
 Além da glicose, vários aminoácidos, ao serem degradados, produzem piruvato e, portanto, acetil-CoA; 
Outros aminoácidos e os ácidos graxos produzem acetil-CoA sem a formação intermediária de piruvato. 
Ciclo do ácido cítrico (Krebs):
Desempenha diversos papeis no metabolismo; 
Via final para onde converge o metabolismo oxidativo de carboidratos, aminoácidos e ácidos graxos, em que seus esqueletos carbonados são convertidos a CO2; 
Ocorre na mitocôndria. 
 
A acetil-CoA, na mitocôndria, é totalmente oxidada a CO2 pelo ciclo de Krebs, com a concomitante produção de coenzimas reduzidas;
 Paralelamente a esta oxidação, o ciclo de Krebs produz compostos utilizados como precursores para biossínteses.
As reações ocorrem na matriz mitocondrial e consistem em uma série de reações de oxidação-redução e em reações de descarboxilação que liberam CO2; 
As reações de oxirredução transferem energia química, na forma de elétrons, para duas coenzimas – NAD+ e FAD; 
Os derivados do ácido pirúvico são oxidados e as coenzimas são reduzidas. Além disso, uma das etapas gera ATP (GTP). 
1. Descarboxilação oxidativa do piruvato:
O piruvato deve ser transportado para a mitocôndria para participar do ciclo de Krebs. 
2. Síntese do citrato a partir de acetil CoA e oxalacetato: 
3. Isomerização do citrato: 
4. Oxidação e descarboxilação do isocitrato: 
Formação da primeira das três moléculas de NADH; 
Primeira liberação de CO2. 
5.Descarboxilação oxidativa do α-cetoglutarato: 
Produção do segundo NADH e CO2.
6.Clivagem da succinil-CoA: 
Formação de GTP. 
7.Oxidação do succinato: 
Liberação de um FADH2. 
8.Hidratação do fumarato
Oxidação do malato:
Terceiro e último NADH. 
Produção de energia pelo ciclo:
Dois átomos de carbono entram no ciclo na forma de acetil CoA e o deixam na forma de CO2; 
Quatro pares de elétrons são transferidos durante uma volta no ciclo: três pares de elétrons reduzem 3 NAD a NADH e um par reduz um FAD a FADH2. 
Fosforilação oxidativa (cadeia transportadora de elétrons):
Fosforilar: ADP + Pi = ATP; 
Objetivo: produção de ATP. 
 
Moléculas carreadoras especiais transferem átomos de H oxidados e seus elétrons removidos para que sejam fornecidos ao oxigênio, que se torna reduzido. 
Os carboidratos, lipídios e proteínas fornecem a fonte de hidrogênio. 
A passagem dos elétrons pelos citocromos libera moléculas de H+; 
Quanto mais H+, mais ácido fica o meio e há ativação da enzima ATP sintase. 
Gliconeogênese:
Síntese de glicose a partir de compostos que não são carboidratos; 
Alguns tecidos necessitam de suprimento contínuo de glicose como combustível metabólico; 
Durante um jejum prolongado, os depósitos de glicogênio hepático são exauridos e a glicose é formada a partir de precursores gliconeogênicos. 
	Fonte de energia para diferentes tecidos.			
	 	Composto		
	Tecido	Glicose	Ácidos graxos	Corpos cetônicos
	Cérebro*	+	 	 
	Hemácias e leucócitos	+	 	 
	Medula renal	+	 	 
	Retina	+	 	 
	Mucosa intestinal	+	 	 
	Fígado	+	+	 
	Adiposo	+	+	 
	Músculos esqueléticos e cardíaco	+	+	+
	Córtex renal	+	+	+
*O cérebro, no jejum prolongado, torna-se capaz de oxidar corpos cetônicos.
Não é uma reversão da glicólise;
Utiliza as reações reversíveis da glicólise e substitui por outras as reações irreversíveis; 
Nos seres humanos, o fígado e os rins são os principais órgãos responsáveis pela gliconeogênese; 
Glicerol, lactato e aminoácidos são os mais importantes precursores gliconeogênicos. 
Das 11 reações necessárias para converter piruvato em glicose livre, 7 são reversíveis; 
As reações irreversíveis da glicólise, catalisadas pela hexocinase, fosfofrutocinase-1 e piruvato-cinase são contornadas pela ação das enzimas glicose-6-fosfatase, frutose-1,6-bifosfatase e piruvato-carboxilase. 
A utilização de aminoácidos para a gliconeogênese não é um processo excepcional, que ocorra em condições extremas, mas uma via metabólica habitual que opera cotidianamente, contribuindo para a manutenção da glicemia durante o jejum noturno; 
Não é verdadeira a ideia difundida que a degradação de proteínas com finalidade de obter energia só se processa quando estão esgotadas as reservas de carboidratos e de lipídios do organismo. 
A degradação dos três tipos de macronutrientes é acionada simultaneamente, induzida por glucagon; 
A reserva de carboidratos é pequena e os mamíferos não dispõem de vias capazes de transformar os ácidos graxos, principais constituintes da reserva lipídica, em glicose.
O glicerol, derivado da hidrólise de triacilgliceróis do tecido adiposo durante o jejum, tem pequena importância quantitativa na produção de glicose; 
O lactato origina-se dosmúsculos submetidos à contração intensa e de outras células que degradam glicose anaerobiamente. 
Todos os aminoácidos, com exceção de lisina e leucina, podem originar glicose: são os aminoácidos glicogênicos; 
Os aminoácidos são provenientes da degradação de proteínas endógenas, fundamentalmente as musculares, durante o jejum;
No músculo, e em outros tecidos, os aminoácidos são convertidos a alanina e glutamina, suas principais formas de transporte. 
Glicerol: 
Hidrólise dos triglicerídeos;
Produz di-hidroxiacetona-fosfato, intermediário da glicólise. 
Aminoácidos:
 
Glicogênio:
É um polímero de glicose e constitui uma reserva do açúcar em bactérias, fungos e animais; 
A degradação do glicogênio hepático é responsável pela manutenção da glicemia nos períodos entre as refeições, sobretudo durante o jejum noturno. 
É um polissacarídeo de cadeia ramificada; 
A união glicosídica primária é uma ligação α 1-4; 
Após cerca de 8 a 10 resíduos glicosila, há uma ramificação com uma ligação α 1-6. 
O fígado não aproveita o glicogênio que armazena; sempre que a hipoglicemia induz a degradação do polímero, a glicose resultante é exportada e consumida por outros órgãos ou tecidos;
O glicogênio dos músculos esqueléticos provê energia para as próprias fibras musculares e a glicose resultante de sua degradação não é exportada. 
Glicogenólise x glicogênese:
Glicogênese: 
Síntese de glicogênio a partir de moléculas de glicose; 
Ocorre no citosol; 
Requer energia fornecida pelo ATP (adenina) e UTP (uracila). 
Glicogenólise:
Não é o inverso da síntese.