metabolismos de substratos energeticos

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BIOQUIMICA MEDICA 
Metabolismo dos Substratos Energéticos 
As biomoléculas são compostos químicos das células de 
todos os seres vivos. São em geral moléculas orgânicas, 
compostas principalmente de carbono, além de 
hidrogênio, oxigênio e nitrogênio. 
O impacto do jejum intermitente, uma modalidade de 
intervenção nutricional, em diferentes aspectos do 
metabolismo. A epidemia de anormalidades metabólicas, 
como obesidade, síndrome metabólica e diabetes mellitus 
tipo 2, tem ocasionado um aumento na prevalência de 
doenças cardiovasculares, condições em que os indivíduos 
afetados apresentam importantes melhorias advindas de 
modificação nos hábitos alimentares. Estudos 
experimentais recentes têm elucidado a modulação do 
metabolismo por jejum intermitente. Testes com animais 
têm mostrado alterações positivas no metabolismo 
glicídico (valores menores de glicemia e insulinemia) e 
lipídico (redução no volume de gordura visceral e aumento 
nos valores de adiponectina plasmática), além de uma 
maior resistência ao estresse. Apesar dos estudos 
disponíveis apresentarem populações muito reduzidas, 
observaram-se resultados positivos com esta 
intervenção também na saúde humana. Os resultados 
indicam melhorias no perfil lipídico, redução de respostas 
inflamatórias, com redução na liberação de adipocinas 
inflamatórias e alterações na expressão de genes 
relacionados com a resposta inflamatória e de outros 
fatores. Em indivíduos obesos observou-se uma melhor 
adesão ao jejum intermitente em relação a intervenções 
tradicionais (restrição calórica), além da redução no 
estresse oxidativo desta população. Dessa maneira, por 
se tratar de uma intervenção viável e acessível para a 
maioria dos indivíduos, novos estudos clínicos são 
necessários para testar a eficácia desta intervenção na 
prevenção e no controle de doenças metabólicas e 
cardiovasculares. ARTICO. 
Como são as Biomoléculas? 
As biomoléculas são formadas por átomos de carbonos. 
São dezenas a milhares de carbonos reunidos em um 
esqueleto carbônico ligado a outros elementos químicos 
em menor quantidade. 
Os átomos de carbono se unem por ligações simples ou 
duplas e formam cadeias lineares, ramificadas ou cíclicas. 
A forma como os carbonos se organiza define sua 
estrutura tridimensional, o que determina suas funções. 
Quem são as Biomoléculas? 
São componentes fundamentais dos organismos vivos. A 
maioria delas são macromoléculas, ou seja, moléculas 
grandes e com estrutura bastante complexa. 
Cada biomolécula é composta de subunidades que 
determinam características estruturais e arranjos 
específicos dentro da célula. Quando reunidas e 
devidamente organizadas essas moléculas interagem de 
modo a conferir as características dos seres vivos. 
As principais biomoléculas são: 
▪ Proteínas: compostas por subunidades de 
aminoácidos 
▪ Lipídios: compostos por subunidades de ácidos 
graxos e gliceróis; 
▪ Carboidratos: compostos por subunidades de 
monossacarídeos; 
▪ Ácidos Nucleicos ou Nucleotídeos: compostos 
por subunidades de monossacarídios 
(pentoses), ácido fosfóricos e bases 
nitrogenadas. 
Todos os alimentos energéticos carboidratos, gorduras 
e proteínas podem ser oxidados nas células e, durante 
esse processo, grande quantidade de energia é liberada. 
https://www.todamateria.com.br/proteinas/
https://www.todamateria.com.br/o-que-sao-lipidios-funcoes-e-tipos/
https://www.todamateria.com.br/carboidratos-ou-glicidios-o-que-sao/
https://www.todamateria.com.br/que-sao-os-acidos-nucleicos/
https://www.todamateria.com.br/nucleotideos/
Para fornecer essa energia, as reações químicas devem 
estar “acopladas” aos sistemas responsáveis por essas 
funções fisiológicas. Esse acoplamento é obtido por meio 
de sistemas de enzimas celulares especiais e de 
transferência de energia 
Atp>>>> Trifosfato de Adenosina 
 
é o elo essencial entre as funções, que utilizam energia, 
e as funções que produzem energia no organismo 
A energia derivada da oxidação dos carboidratos, 
proteínas e das gorduras é usada para converter o 
difosfato de adenosina (ADP) em ATP, que é então 
consumido pelas diversas reações do corpo, necessárias 
para: 
• Transporte ativo das moléculas através das 
membranas; 
• Contração dos músculos e desempenho do 
trabalho mecânico; 
• Diversas reações sintéticas que criam 
hormônios, membranas celulares e muitas 
outras moléculas essenciais do organismo; 
• Condução de impulsos nervosos; 
• Divisão celular e crescimento; e 
• Muitas outras funções fisiológicas que são 
necessárias para manter e propagar a vida. 
 
 
 
Carboidratos 
Papel Central da Glicose no Metabolismo dos 
Carboidratos 
Os produtos finais da digestão dos carboidratos, no 
aparelho digestivo são quase só glicose, frutose e 
galactose com a glicose representando, em média, cerca 
de 80% desses processos. 
Após absorção a partir do trato intestinal, grande parte 
da frutose e quase toda galactose são rapidamente 
convertidas em glicose no fígado. Consequentemente, 
existe pouca frutose ou galactose no sangue circulante 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A glicose, assim, passa a ser a via final comum para o 
transporte de quase todos os carboidratos para as 
células 
Nas células hepáticas, enzimas apropriadas estão 
disponíveis para promover as interconversões entre os 
monossacarídeos glicose, frutose e galactose. 
 
Além do mais, a dinâmica das reações é tal que quando o 
fígado libera os monossacarídeos de volta para o sangue, 
o produto final é quase inteiramente glicose. 
A razão para tanto é que as células hepáticas contêm 
grandes quantidades de glicose fosfatase. Logo, a 
glicose-6-fosfato pode ser degradada em glicose e 
fosfato, e a glicose pode então ser transportada de volta 
para o sangue, através das membranas das células 
hepáticas. 
O transporte de glicose através das membranas da 
maioria das células é bem diferente do que ocorre 
através da membrana gastrointestinal ou através do 
epitélio dos túbulos renais. Nesses dois casos, a glicose é 
transportada pelo mecanismo de cotransporte ativo de 
sódio e glicose, em que o transporte ativo do sódio 
fornece energia para absorver a glicose contra 
diferença de concentração. Esse mecanismo de 
cotransporte de sódio-glicose só funciona em algumas 
células epiteliais especiais que são especificamente 
adaptadas para a absorção ativa de glicose. Em outras 
membranas celulares, a glicose só é transportada da 
concentração mais elevada para concentração inferior 
por meio de difusão facilitada, tornada possível pelas 
propriedades especiais de ligação da membrana da 
proteína carreadora de glicose. 
De fato, a utilização de carboidratos pela maioria das 
células é controlada pela secreção de insulina pelo 
pâncreas e a sensibilidade dos diferentes tecidos aos 
efeitos da insulina no transporte de glicose. 
O pâncreas: além de suas funções digestivas, secreta 
dois hormônios importantes, insulina e glucagon, cruciais 
para a regulação normal do metabolismo da glicose, dos 
lipídios e das proteínas. Apesar de o pâncreas secretar 
outros hormônios, tais como amilina, somatostatina e 
polipeptídeo pancreático, suas funções não estão tão 
bem fundamentadas. 
Metabolismo energético 
A forma que o corpo tem de conseguir tem de conseguir 
ATP a traves da oxidação de glicose, ácidos graxos livres, 
aminoácidos e corpos cetônicos. 
 
 
 
O cérebro e intensamente dependente de glicose para a 
geração de ATP. Em último caso, utiliza corpos cetônicos. 
Glicose entra na célula através de GLUTs, e e convertida 
em glicose 6 fosfato. 
A geração de energia através da glicose envolve a 
glicólise, o ciclo de Krebs e a fosforilação oxidativa. 
O metabolismo final da glicose vai ser o piruvato, que pode 
seguir para a mitocôndria e entrar no ciclo de Krebs se 
tivermos oxigeno ou ir para caminho do lactato, na 
respiração anaeróbica 
Para iniciar o ciclo de Krebs, precisamos de coenzima A, 
então o piruvato e transformado em acetil. CoA 
O objetivoda glicólise e do ciclo de Krebs e gerar H+ que 
serão carregados por NADH E FADH para crista da 
mitocôndria, onde ocorrera a fosforilação oxidativa. 
O oxigeno e que permite que a FO aconteça de forma 
eficiente e continua 
A força dos hidrogênios carregados pelos NADH e FADH 
estimula a ATP sintase a produzir as moléculas de ATP 
Os ácidos graxos são beta oxidados e transformados em 
acetil-CoA, entrando no CK e na FO. 
Os aminoácidos são transaminados e seu componente 
ácido pode ser convertido em acetil. CoA, piruvato ou 
oxalacetato, entrando no CK e na FO 
Corpos cetônicos são sintetizados pelo fígado por AA, 
FFA e glicose através de acetil. CoA. Perifericamente são 
novamente convertidos em acetil. CoA 
Armazenamos glicose no fígado e no musculo como 
glicogênio, que e usado no fígado para aumentar a glicose 
sanguínea e no musculo direcionado para a glicólise. 
Armazenamos ácido graxos através de 
triglicerídeos, que ficam alocados no tecido adiposo, 
sendo mobilizados no jejum. 
Armazenamos aminoácidos através de proteínas 
sendo mobilizadas no jejum. 
 
 
Anatomia e Fisiologia do Pâncreas 
O pâncreas é formado por dois tipos principais de tecido: 
1. .Os ácinos, que secretam o suco digestivo no duodeno; 
2. as ilhotas de Langerhans, que secretam insulina e 
glucagon diretamente no sangue. 
O pâncreas humano tem entre 1 e 2 milhões de ilhotas 
de Langerhans. Cada ilhota tem cerca de 0,3 milímetro 
de diâmetro e se organiza em torno de pequenos 
capilares, nos quais suas células secretam seus 
hormônios. As ilhotas contêm três tipos celulares 
principais, as células alfa, beta e delta, distinguidas entre 
si, devido às suas características morfológicas e de 
coloração. 
• As células beta secretam insulina 
• As células alfas, secretam glucagon 
 
No caso de excesso de carboidratos, a insulina faz com 
que sejam armazenados sob a forma de glicogênio, 
principalmente no fígado e nos músculos. Além disso, todo 
o excesso de carboidrato que não pode ser armazenado 
na forma de glicogênio é convertido sob o estímulo da 
insulina em gordura e armazenado no tecido adiposo. 
O Glicogênio É Armazenado no Fígado e no Músculo 
Depois de sua captação para o interior da célula, a glicose 
pode ser usada imediatamente para liberar energia ou 
pode ser armazenada sob a forma de glicogênio, que é 
um grande polímero da glicose. 
 
Essa conversão dos monossacarídeos em composto 
precipitado de elevado peso molecular (glicogênio) 
possibilita armazenar grandes quantidades de 
carboidratos, sem alterar significativamente a pressão 
osmótica dos líquidos intracelulares. 
Formação de ATP Durante a Quebra da Glicose 
É possível agora determinar o número total de moléculas 
de ATP que, sob condições ideais, podem ser formadas 
pela energia de uma molécula de glicose. 
1. Durante a glicólise, quatro moléculas de ATP são 
formadas e duas são gastas para causar a 
fosforilação inicial da glicose, de modo que o processo 
possa continuar, o que fornece um ganho líquido de 
duas moléculas de ATP. 
2. Durante cada revolução do ciclo do ácido cítrico, 
uma molécula de ATP é formada. No entanto, como 
cada molécula de glicose se divide em duas moléculas 
de ácido pirúvico, existem duas revoluções do ciclo 
para cada molécula de glicose metabolizada, havendo 
produção líquida de mais duas moléculas de ATP. 
3. Durante todo o esquema representativo da 
quebra da molécula de glicose, o total de 24 átomos 
de hidrogênio é liberado durante a glicólise e durante 
o ciclo do ácido cítrico. Vinte destes átomos são 
oxidados, em conjunto com o mecanismo 
quimiosmótico oxidativo, com liberação de três 
moléculas de ATP para cada dois átomos de 
hidrogênio oxidados, perfazendo, desse modo, um 
total de 30 moléculas de ATP. 
4. Os quatro átomos de hidrogênio restantes são 
liberados por sua desidrogenase, no esquema 
oxidativo quimiosmótico na mitocôndria, além do 
primeiro estágio. Duas moléculas de ATP são 
geralmente liberadas para cada dois átomos de 
hidrogênio, havendo, assim, o total de mais quatro 
moléculas de ATP. 
Agora, somando todas as moléculas de ATP 
formadas, encontramos o máximo de 38 moléculas 
de ATP formadas para cada molécula de glicose 
degradada em dióxido de carbono e água. Dessa 
maneira, 456.000 calorias de energia podem ser 
armazenadas sob a forma de ATP, enquanto 
686.000 calorias são liberadas durante a oxidação 
completa de cada molécula-grama de glicose. Esse 
resultado representa eficiência global máxima de 
transferência de energia de 66%. Os 34% 
restantes de energia são calor e, 
consequentemente, não podem ser utilizados pelas 
células para a realização de funções específicas. 
Formação de Carboidratos a partir de 
Proteínas e Gorduras — “Gliconeogênese” 
 
 
 
 
Quando as reservas de carboidratos do organismo 
caem abaixo da normal, quantidades moderadas de 
glicose podem ser formadas a partir de aminoácidos 
e da porção glicerol dos lipídios. Esse processo é 
chamado gliconeogênese. A gliconeogênese é 
especialmente importante na prevenção de redução 
excessiva da concentração de glicose no sangue 
durante o jejum. A glicose é o substrato primário de 
energia, em tecidos como o cérebro e as hemácias, 
e quantidades adequadas de glicose devem estar 
presentes no sangue por diversas horas, entre as 
refeições. O fígado desempenha papel fundamental 
na manutenção dos níveis de glicose sanguínea 
durante o jejum ao converter seu glicogênio 
armazenado em glicose (glicogenólise) e ao sintetizar 
a glicose, principalmente a partir do lactato e de 
aminoácidos (gliconeogênese). Aproximadamente 
25% da produção de glicose hepática derivam da 
gliconeogênese, ajudando a manter o fornecimento 
estável de glicose para o cérebro. Durante jejum 
prolongado, os rins também sintetizam quantidades 
consideráveis de glicose, a partir de aminoácidos e 
de outros precursores. 
Regulação da Gliconeogênese 
A diminuição do nível celular dos carboidratos e da 
glicose sanguínea são os estímulos básicos que 
aumentam a intensidade da gliconeogênese. A 
diminuição dos carboidratos pode reverter 
diretamente muitas das reações glicolíticas e de 
fosfogluconato, permitindo assim a conversão de 
aminoácidos desaminados e glicerol em carboidratos. 
Além disso, o hormônio cortisol é especialmente 
importante nessa regulação, como descrito nas 
seções seguintes. 
 
 
 
 
 
 
Metabolismo De Substratos Energéticos 
Os substratos energéticos são obtidos principalmente 
de carboidratos, gorduras e proteínas da dieta. 
Os produtos da digestão circulam no sangue, entram em 
vários tecidos e são eventualmente captados por 
células e oxidados para produzir energia. 
Reservas de substratos energéticos 
Qualquer substrato energético da dieta que exceder as 
necessidades imediatas de energia é armazenado, 
principalmente, como: 
• Triacilglicerol (gordura) no tecido adiposo, 
• Glicogênio (um carboidrato) no músculo, no 
fígado e em outras células e, em alguma 
quantidade, como 
• Proteína no músculo. 
Quando se está jejuando, entre refeições e durante a 
noite, enquanto se dorme, o substrato energético é 
retirado dessas reservas e é oxidado para fornecer 
energia. 
 
Necessidade de substratos energéticos 
 
Todos os dias, é necessária energia suficiente para 
realizar as funções básicas do corpo e para manter a 
atividade física. Se não forem consumidos todos os dias 
alimentos sufi cientes para manter essa quantidade de 
energia, as reservas de substratos energéticos do corpo 
fornecem o restante, e ocorre perda de peso. 
Inversamente, se forem consumidos mais alimentos do 
que o necessário para a energia gasta, as reservas de 
substratos energéticos corporais aumentam, e ocorre 
ganho de peso. 
 
 
 
Substratos Energéticos da Dieta 
Os principais substratos energéticos que são obtidos 
da dieta são carboidratos, proteínas e gorduras. 
Quando esses substratos energéticos são oxidados 
a CO2 e H2O nas células, é liberada energiapela 
transferência de elétrons para o O2. A energia 
desse processo de oxidação gera calor e trifosfato 
de adenosina (ATP). 
O dióxido de carbono viaja pelo sangue para os 
pulmões, onde é expirado, e a água é excretada na 
urina, no suor e em outras secreções. Embora o 
calor gerado pela oxidação de substratos 
energéticos seja utilizado para manter a 
temperatura corporal, o principal propósito desse 
processo é gerar ATP. O ATP fornece a energia que 
move a maioria dos processos que consomem 
energia na célula, incluindo reações de biossíntese e 
transporte ativo através de membranas. À medida 
que esses processos utilizam energia, o ATP é 
convertido novamente em difosfato de adenosina 
(ADP) e fosfato inorgânico (Pi ). A geração e a 
utilização de ATP são referidas como o ciclo ATP-
ADP. 
A oxidação de substratos energéticos para gerar 
ATP é chamada de respiração (Figura 1.3). Antes da 
oxidação, carboidratos são convertidos 
principalmente em glicose; gordura, em ácidos 
graxos, e proteínas, em aminoácidos. As rotas de 
oxidação da glicose, dos ácidos graxos e dos 
aminoácidos têm algumas características em comum. 
Eles primeiro oxidam os substratos energéticos a 
acetil-CoA, um precursor do ciclo do ácido 
tricarboxílico (TCA). O ciclo TCA é uma série de 
reações que completam a oxidação de substratos 
energéticos a CO2 (ver Capítulo 19). Elétrons 
perdidos dos substratos energéticos durante as 
reações oxidativas são transferidos para O2 por 
uma série de proteínas na cadeia de transporte de 
elétrons (ver Capítulo 20). A energia da 
transferência de elétrons é utilizada para converter 
ADP e Pi em ATP por um processo conhecido como 
fosforilação oxidativa. 
 
Em discussões sobre metabolismo e nutrição, a 
energia é freqüentemente expressa em unidades de 
calorias. “Caloria”, nesse contexto, realmente signifi 
ca quilocaloria (kcal). A energia é também expressa 
em joules. Uma quilocaloria é igual a 4,18 quilojoules 
(kJ). Os médicos tendem a utilizar unidades de 
calorias, em parte porque é o que seus pacientes 
utilizam e compreendem. 
Carboidratos 
Os principais carboidratos na dieta humana são o 
amido, a sacarose, a lactose, a frutose e a glicose. O 
polissacarídeo amido é a forma de armazenamento 
de carboidratos em plantas. A sacarose (açúcar de 
mesa) e a lactose (açúcar do leite) são dissacarídeos, 
e a frutose e a glicose são monossacarídeos. A 
digestão converte os carboidratos maiores em 
monossacarídeos, os quais podem ser absorvidos 
para a corrente sangüínea. A glicose, um 
monossacarídeo, é o açúcar predominante no 
sangue humano. A oxidação de carboidratos a CO2 e 
H2O no corpo produz acerca de 4 kcal/g (Tabela 1.1). 
Em outras palavras, cada grama de carboidrato que 
é ingerida libera aproximadamente 4 kcal de energia. 
Observe que moléculas de carboidratos contêm uma 
quantidade significativa de oxigênio e já estão 
parcialmente oxidadas antes de entrarem no corpo 
humano. 
Proteínas 
As proteínas são compostas por aminoácidos que 
são unidos para formar cadeias lineares. Além de 
carbono, hidrogênio e oxigênio, as proteínas contêm 
aproximadamente 16% de nitrogênio por peso. O 
processo digestivo quebra proteínas em seus 
aminoácidos constituintes, os quais entram no 
sangue. A completa oxidação de proteínas a CO2, 
H2Oe NH4 + no corpo libera cerca de 4 kcal/g. 
Gorduras 
Gorduras são lipídeos compostos de triacilgliceróis 
(também chamados de triglicerídeos). Uma molécula 
de triacilglicerol contém 3 ácidos graxos 
esterificados a uma porção de glicerol. As gorduras 
contêm muito menos oxigênio do que há contido em 
carboidratos ou proteínas. Portanto, elas são mais 
reduzidas e liberam mais energia quando oxidadas. A 
oxidação completa de triacilgliceróis a CO2 e H2Ono 
corpo libera aproximadamente 9 kcal/g, mais do que 
duas vezes a energia liberada de uma quantidade 
equivalente de carboidrato ou proteína. 
 
 
 
 
 
 
 
Gasto diário de energia 
Para ficar em equilíbrio de energia – não ganhar e não 
perder peso – deve ser consumida uma quantidade de 
alimentos igual aos gastos diários de energia. O gasto 
diário de energia (GDE) inclui a energia para manter o 
metabolismo basal (taxa metabólica basal ou taxa de 
metabolismo em repouso) e a atividade física mais a 
energia necessária para processar o alimento que é 
ingerido (termogênese induzida por dieta). 
Perda e Ganho de Peso Para manter o peso 
corporal 
Deve-se ficar em equilíbrio calórico, o que ocorre se as 
quilocalorias nos alimentos são iguais ao GDE. Se são 
ingeridos menos alimentos do que o necessário para o 
GDE, as reservas de substratos energéticos fornecem 
as calorias adicionais, e há perda de peso. Inversamente, 
se são ingeridos mais alimentos do que o necessário para 
os gastos de energia, o excesso de substratos 
energéticos é armazenado (inicialmente no tecido 
adiposo), e há ganho de peso. 
Dietas da moda, que prometem uma perda de peso muito 
mais rápida do que essa, não possuem mérito científico. 
De fato, a perda inicial rápida de peso que ocorre com 
os que fazem dietas da moda é atribuída à perda de água 
corporal. Essa perda de água ocorre em parte porque a 
proteína do tecido muscular e o glicogênio hepático são 
degradados rapidamente para fornecer energia durante 
a fase inicial da dieta. Quando o tecido muscular (o qual é 
aproximadamente 80% águas) e o glicogênio 
(aproximadamente 70% águas) são quebrados, essa água 
é excretada pelo corpo. 
Necessidades Dietéticas 
Além de fornecer substratos energéticos e blocos de 
construção para a biossíntese, a dieta também fornece 
nutrientes específicos que são necessários para que as 
pessoas se mantenham saudáveis. Deve haver um 
fornecimento regular de vitaminas e minerais e ácidos 
graxos essenciais e aminoácidos essenciais. “Essenciais” 
significa que eles são essenciais na dieta, o corpo não 
pode sintetizar esses compostos a partir de outras 
moléculas e, portanto, eles devem ser obtidos da dieta. 
Nutrientes que o corpo necessita da dieta apenas em 
certas condições são chamados “condicionalmente 
essenciais.”