Metabolismo do Cálcio e do Glicogênio

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Monitoria de bioquímica
Roberto de Andrade G. Filho; 
Rondonópolis 2019
Metabolismo do cálcio
Papel Biológico do Cálcio
Papel Estrutural: esqueleto.
Papeis Metabólicos: numerosas vias.
[Ca++]Extracelular altera os mecanismos de abertura e fechamento dos canais de Na+ e K+
Papel fundamental na sinalização celular
Despolarização, ligação de hormônio ou citocina ao seu receptor na superfície: ↑ [Ca++]Citosólico
Sinalização pelo IP3, que liga-se a um receptor no retículo endoplasmático, resultando na liberação de Ca++ no citosol.
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Funções do Cálcio
Sinalização celular (2º mensageiro)
Coagulação sanguínea
Contração muscular
Liberação de hormônios e de neurotransmissores
Potencial de ação
Regulação enzimática
Rearranjo do citoesqueleto
Distribuição do Cálcio
Cálcio Total de um Adulto: ≈ 1Kg; 99% no esqueleto e 1% livremente intercambiável com cálcio no LEC.
[Ca++]Ionizado é fisiologicamente importante e estreitamente regulada.
Necessária uma baixa concentração de cálcio intracelular para que ele funcione como um mensageiro intracelular.
[Ca] mantida por bombas e trocadores de membrana, e o RE e a Mitocôndria têm capacidade de remover cálcio do citosol.
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Fluxos do Cálcio - TGI
Absorção Intestinal
Processo transcelular ativo, regulado pelo calcitriol (1,25-di-hidroxivitamina D; 1,25(OH)2D) no duodeno.
Absorção passiva em todo o intestino delgado e, possivelmente, no cólon.
Influenciada pela dieta.
Reduzida pela presença de ânions, como fosfato, oxalato e fitato
Aumentada na gravidez e lactação
Intestino também secreta Ca++ (Cálcio Fecal Endógeno)
1,25-di-hidroxivitamina D aumenta a expressão genética de TRPV6 e CaBP-9k, aumentando, assim, a absorção de cálcio.
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Fluxo do Cálcio - Rins
Frações ionizadas e complexadas são filtradas nos glomérulos.
Reabsorção nos Túbulos Proximais: processo paracelular e passivo, ligado ao do sódio.
Excreção refinada de cálcio ocorre nas partes distais dos néfrons onde aproximadamente 15% da carga filtrada é reabsorvida. Nesses locais distais, a reabsorção de cálcio é ativa e ocorre contra um gradiente eletroquímico.
Reabsorção Ativa de Cálcio: processo de múltiplas etapas, sujeita a regulação hormonal.
Excreção urinária de cálcio é maior em sujeitos que consomem uma dieta de alto teor de proteína, por causa da produção de ácido no metabolismo dos aminoácidos que contêm enxofre e do sequestro de cálcio pelo sulfato na urina, resultando na inibição da reabsorção de cálcio. A ingestão de sódio também pode influenciar a excreção de cálcio afetando a reabsorção de sódio e cálcio tubular proximal (maior ingestão de sódio que aumenta a excreção de cálcio). 
Outros fatores que aumentam a reabsorção tubular renal de cálcio são: hipovolemia, alcalose e diuréticos tiazídicos, enquanto a expansão de volume, acidose e diuréticos de alça (p. ex., furosemida) têm efeito oposto.
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Fluxo do Cálcio - Osso
Movimento de cálcio dentro do osso equivale à sua taxa de efluxo e a massa óssea permanece constante.
Troca ativa de cálcio entre osso e LEC.
Remodelagem óssea responsável pelas alterações de densidade óssea que ocorrem com envelhecimento ou doença.
Regulação do Metabolismo do Cálcio
PTH
Calcitriol
Calcitonina
Deficiência de estrógeno que se desenvolve no período da menopausa resulta em aumentos de produção da citocina que levam a maior reabsorção óssea. Os efeitos diretos do estrógeno nos osteoclastos e na produção osteoblástica de RANKL e osteoprotegerina também são importantes. A absorção de cálcio no intestino e a reabsorção no rim estão ambas reduzidas, e as concentrações plasmáticas de cálcio aumentam. Essas alterações levam à redução da massa óssea, mas são reversíveis com a terapia de reposição de estrógeno. 
Deficiência de testosterona em homens predispõe à osteoporose, em parte pela perda de seus efeitos anabólicos diretos sobre o músculo e nos osteoblastos, e em
parte pela reduzida conversão em estrógeno. 
Glicocorticoides podem causar acentuada osteoporose. Esses hormônios agem em muitos lugares e reduzem a atividade osteoblástica, induzem a apoptose dos osteoblastos e osteócitos, reduzem a absorção intestinal de cálcio, elevam a perda de cálcio urinário e provavelmente aumentam a reabsorção óssea. Em crianças, o excesso
de glicocorticoide causa acentuado atraso no crescimento. A deficiência de glicocorticoide pode estar associada à hipercalcemia.
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Paratormônio
Principal regulador da secreção de PTH é a concentração de cálcio ionizado no LEC.
Regulação é mediada pelo receptor sensor de cálcio (CaSR), um receptor acoplado à proteína G ligado à membrana.
Nos Ossos: receptor de PTH nos Osteoblastos.
Nos Rins: reduz a reabsorção tubular proximal de fosfato, aumenta a reabsorção tubular distal de cálcio e também a atividade da enzima 25-hidroxivitamina D 1α-hidroxilase nas células tubulares proximais.
Muitos outros fatores influenciam a secreção de PTH, incluindo 1,25(OH)2D, agonistas adrenérgicos, prostaglandinas e magnésio, mas a importância fisiológica de qualquer um deles é questionável. 
Deficiência grave de magnésio pode produzir um estado de hipoparatireoidismo reversível.
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FASE RÁPIDA (ação em minutos)
• Remoção de sais ósseos de 2 áreas: 1) matriz óssea nas proximidades dos osteócitos situados dentro do próprio osso; (2) nas adjacências dos osteoblastos presentes ao longo da superfície óssea.
• Mecanismo: ativação da bomba de Ca pelo PTH levando a remoção de cristais que estão junto as células. 
• FASE LENTA (dias a semanas)
• Envolve a ativação de OSTEOCLASTOS; – 2 estágios: (1) ativação imediata de osteoclastos já formados e (2) formação de novos osteoclastos; – Alguns dias de excesso de PTH levam ao desenvolvimento satisfatório do sistema osteoclástico.
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Osteoprotegerina (OPG)
Glicocorticoides também favorecem a atividade osteoclástica e a reabsorção óssea ao aumentar a produção de RANKL e reduzir a formação de OPG.
Fatores estimuladores da reabsorção óssea, como 1,25(OH)2D3 , PTH, PGE2 and IL-11 atuam nos OSTEOBLASTOS induzindo a expressão de RANKL (ligante)
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Vitamina D
Forma Ativa: Calcitriol.
Ação em receptor citosólico que é translocado ao núcleo onde regula a expressão gênica.
Principal local de ação de 1,25(OH)2D é o intestino.
Receptor de vitamina D forma complexo com outro receptor intracelular, o receptor de renitoide X, e esse complexo se liga ao DNA e ativa a transcrição na maioria dos casos
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Autorregulação: ↑1,25( OH)2 D: inibe 1ª-hidroxilase e ativa a 24 hidroxilase (inativação).
Quantidades extremas dessa vitamina provoca a absorção do osso.
Vitamina D em quantidades menores promove a calcificação óssea. Para tanto, um dos mecanismos implicados nessa calcificação consiste no aumento da absorção de cálcio e de fosfato pelos intestinos. No entanto, mesmo na ausência desse aumento, a vitamina D é capaz de intensificar a mineralização óssea. Mais uma vez, o mecanismo desse efeito não é conhecido.
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Favorece essa absorção, em grande parte, por meio do aumento, em torno de dois dias, da formação de calbindina, uma proteína ligante do cálcio, nas células epiteliais intestinais.
Estímulo da absorção de cálcio incluem a formação de (1) adenosina trifosfatase estimulada pelo cálcio na borda em escova das células epiteliais; e (2) fosfatase alcalina nas células epiteliais.
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Calcitonina
Produzido em humanos nas células parafoliculares (células C) da glândula tireoide.
Secreção estimulada pelo aumento da concentração plasmática de cálcio e é também liberada em resposta a uma série de hormônios intestinais (p. ex., gastrina, glucagon, secretina, colecistocinina-pancreozimina).
Reduz a concentração plasmática de cálcio por meio de um efeito direto nos osteoclastos; age sobre os rins, onde reduz a reabsorção tubular renal de cálcio e fosfato.
Significado fisiológico incerto.
Efeito imediato consiste na redução das atividades absortivas dos osteoclastos e possivelmente do efeito osteolítico da membrana osteocítica por todo o osso, desviando o equilíbrio em favor da deposição de cálcionos sais cálcicos ósseos intercambiáveis.
Segundo e mais prolongado efeito da calcitonina baseia-se na diminuição da formação de novos osteoclastos.
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Caso Clínico
Mulher de 42 anos foi atendida em uma clínica com queixa de desconforto espalhado pela região do abdome, fraqueza, cansaço e dor nos ossos. A paciente relata não ter história pessoal ou familiar de problemas médicos, mencionou apenas que teve infecções urinárias com frequência e tinha tido vários episódios de pedras nos rins. O exame físico não mostrou anormalidades, a contagem de células do sangue estava dentro da faixa normal e o exame de eletrólitos mostrou níveis significativamente elevados de cálcio e níveis baixos de fósforo.
Qual o diagnóstico mais provável?
Metabolismo do glicogênio
Glicogênio
Polímero de subunidades de glicose ligadas por ligação (α14), com ligações (α16) nas ramificações.
Especialmente abundante no fígado, até 7% de seu peso. Também presente no músculo esquelético.
Armazenado em grânulos que se apresentam firmemente ligados às enzimas responsáveis pela sua síntese e degradação.
Quando utilizado como fonte de energia, os resíduos de glicose são removidos ima de cada vez a partir da extremidade não redutora.
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Glicogênio
Glicogênio dos Músculos: fornece uma forte de energia rápida para o metabolismo aeróbio e anaeróbio, podendo ser gasto em menos de uma hora durante atividade intensa.
Glicogênio Hepático: serve como um reservatório de glicose para outros tecidos quando não há glicose disponível, sendo especialmente importante para os neurônios do cérebro, que não podem usar ácidos graxos como combustível. Esse glicogênio pode ser exaurido de 12 a 24 horas.
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Glicogenólise
Glicogênio-Fosforilase: reação (de fosforólise) na qual uma ligação glicosídica entre dois resíduos de glicose em uma extremidade não redutora do glicogênio é atacada por um fosfato inorgânico (Pi), removendo o resíduo terminal na forma de α-D-glicose-1-fosfato. 
Co-Fator: piridoxal-fosfato.
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Glicogenólise
Enzima de Desramificação: ramificações são removidas por duas atividades enzimáticas de uma única proteína bifuncional, a enzima de desramificação. 
Atividade oligo-α(14)α(14)-glican-transferase remove, dos quatro resíduos glicosil ligados à ramificação, os três mais externos.
A seguir, ela os transfere para a extremidade não redutora de outra cadeia, alongando-a. Dessa forma, uma ligação α(14) é rompida e outra ligação α(14) é formada.
Resíduo de glicose restante, unido por ligação α(16), é hidrolisado pela atividade amilo- α(16)-glicosidase, liberando glicose livre.
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Glicogenólise
Fosfoglicomutase: converte glicose-1-fosfato a gliscose-6-fosfato.
No Músculo a glicose-6-fosfato pode entrar na via glicolítica e servir como fonte de energia à contração muscular, enquanto que no Fígado ela pode ser convertida em glicose pela enzima glicose-6-fosfatase (enzima presente no fígado e no rim, mas não em outros tecidos), proteína integral da membrana do retículo endoplasmático, para ser liberada na corrente sanguínea.
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Regulação da Glicogenólise
Glicogênio-fosforilase do músculo esquelético existe em duas formas interconversíveis: 
Glicogênio-Fosforilase a: forma cataliticamente ativa.
Glicogênio-Fosforilase b: forma menos ativa.
Regulação Alostérica
1.Ca2+: liberado durante a contração muscular, ativa a fosforilase a (via ligação e
ativação da fosforilase cinase).
2.AMP: resultado da degradação de ATP, se liga a fosforilase e a ativa.
3. ↑ [ ] de ATP e G6P: inibem a fosforilase
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Regulação Glicogenólise
Quando o nível retorna ao normal, a glicose entra nos hepatócitos e se liga a um sítio alostérico inibitório na fosforilase a.
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Glicogênese
Nucleotídeos de Açúcar são os substratos para a polimerização de monossacarídeos.
Ponto de partida é a formação de glicose-6-fosfato.
Glicose-6-fosfato, na reação da fosfoglicomutase, é convertida em glicose-1-fostato, a qual pela ação da UDP-glicose-fosforilase é convertido em UDP-glicose, este é o doador imediato dos resíduos de glicose na reação catalisada pela glicogênio-sintase, que promove a transferência da glicose da UDP-glicose para uma extremidade não redutora de uma molécula ramificada de glicogênio.
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Glicogênese
Enzima de Ramificação: essa enzima transfere uma cadeia de 6 a 8 resíduos glicosila da extremidade não redutora da cadeia do glicogênio [clivando uma ligação a (14)] para outro resíduo (um resíduo não terminal) na cadeia, unindo-a por meio de uma ligação a(16) , funcionando, portanto, como uma 4:6 transferase.
Glicogenina: é ao mesmo tempo o iniciador, sobre o qual são montadas novas cadeias, e a enzima que catalisa essa montagem. A primeira etapa na síntese de uma nova molécula de glicogênio é a transferência de um resíduo de glicose da UDP-glicose para o grupo hidroxil da Tyr194 da glicogenina, catalisada pela atividade glicosil-transferase intrínseca da proteína. 
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Regulação Glicogênese
Glicogênio Sintase a: forma ativa e não fosforilada.
Glicogênio Sintase b: forma fosforilada menos ativa.
Glicogênio-fosforilase também pode afetar a fosforilação da glicogênio-sintase: a glicogênio-fosforilase ativada inibe PP1 diretamente, impedindo-a de ativar a glicogênio-sintase.
glicogênio-sintase-cinase 3 (GSK3)
Fosforilase-a-fosfatase ou fosfoproteína fosfatase (PP1)
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Referências Bibliogáficas
HALL, John E. Tratado de fisiologia médica. 12. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2011. 
NELSON, David L.; COX, Michael M. Princípios de Bioquímica de Lehninger. 6ª Ed. 2014. Editora Artmed.
HARVEY, Richard A.; FERRIER, Denise R. Bioquímica ilustrada. 5.ed. Porto Alegre: Artmed, 2012. 
MARSHALL, William J. et al. Bioquímica clínica : aspectos clínicos e metabólicos. 3 .ed. Rio de Janeiro : Elsevier, 2016.