BIOENERGÉTICA E METABOLISMO

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Arthur Cella	Medicina Unisul	@arthurcella
BIOENERGÉTICA E METABOLISMO
METABOLISMO
· Obtenção de energia
· Conversão de moléculas
· Síntese de biomoléculas
· Degradação de biomoléculas
OBTENÇÃO DE ENERGIA:
· Seres heterotróficos: dependem de O2 e alimentos. A energia vem dos subtratos e oxigênio.
· Seres autotróficos: bactérias fotossintetizantes, plantas, etcANABOLISMO
MOLÉCULAS PRECURSORAS 		MACROMOLÉCULAS CELULARES 
 
	ANABOLISMO
 	 	 ADP + HPO4 ATP
 	 NAD NADH
 	 NADP NADPH
 	 FAD FADH2
				 CATABOLISMOCATABOLISMO
MOLÉCULAS CONTENDO ENERGIA 	 PRODUTOS FINAIS POBRES EM ENERGIA
(Retira elétrons para a produção de ATP. Para isso, preciso de tranportadores de elétrons. Ex: NADH, FADH2, NADPH). Produtos finais pobres em energia: amônia, ácido lático, CO2, etc.
- Anabolismo: síntese, produção de moéculas.
- Catabolismo: degradação de moléculas. Durante o catabolismo, pode haver produção de energia.
- O catabolismo depende do anabolismo e vice-versa.
ANABOLISMO x CATABOLISMO: Moléculas complexas
ADP + HPO4
NADP
Degradação Biossintese
ATP
NADPH
Moléculas simples
- No nosso organismo há o equilíbrio entre reações anabólicas e catabólicas. Porém, determinadas patologias podem aumentar ou diminuir as reações no metabolismo, por exemplo:
- Hipotireoidismo (mais reações anabólicas)
- Hipertireoidismo (mais reações catabólicas). 
- Jejum prolongado (mais catabolismo). 
- Diabetes tipo 1 (emagrecimento acentuado por causa do maior catabolismo). 
- Para controlar isso, é necessário o controle dos hormônios anabólicos e catabólitos através da alimentação correta, exercício físico, etc.
- Em exercício físico (durante: catabolismo; depois: anabolismo).
VIAS ANABÓLICAS E CATABÓLICAS:
1) VIAS LINEARES: Glicólise, gliconeogênese
2) VIAS CÍCLICAS: Ciclo de Krebs, clico da ureia, etc. 
҉ HORMÔNIOS CATABÓLICOS 
- Peptídicos ou derivados do colesterol
→ Cortisol: liberado em condição de estresse: proteínas, lipídeos, carboidratos.
→ Glucagon: Proteínas, lipídios e carboidratos.. Manutenção da glicemia. Estimula também a gliconeogenese que é anabólica.
→ Adrenalina (catecolaminas): liberado em condição de estresse: hipoglicemia (baixa concentração de glicose no sangue)
Obs: o glucacon consegue fazer tanto a via catabólica quanto a via anabólica.
҉ HORMÔNIOS ANABÓLICOS
→ GH: proteínas (lipólise, consumo de glicose). Hormônio de crescimento e síntese de proteínas. (lipólise: quebra de gordura).
→ Insulina: carboidratos, proteínas e lipídeos. Contrabalanceia o glucagon.
→ Testosterona: proteínas (lipólise). Síntese de proteínas, aumenta a massa muscular e estimula a síntese de ácidos graxos. 
҉ TRABALHOS BIOLÓGICOS
- Precisam do controle de energia. A energia não é criada e nem destruída, ela é transduzida. (trandução de energia durante as reações).
	- Trabalho químico
	- Trabalho osmótico
	- Trabalho mecânico
BIOENERGÉTICA
- Estudo quantitativo das transduções energéticas que ocorrem em células vivas – mudanças de uma forma de energia à outra.
҉ TERMODINÂMICA:
→ 1ª LEI – LEI DA CONSERVAÇÃO DA ENERGIA: para qualquer mudança física ou química, a quantidade total de energia do universo permanece constante, a energia pode mudar de forma ou pode ser transportada de uma região para a outra, mas não pode ser criada ou destruída.
→ 2ª LEI – LEI DA DERSODEM: em todos os processos naturais a entropia do universo aumenta.
҉ PARÂMETROS TERMODINÂMICOS
→ ENERGIA LIVRE DE GIBBS (G): Energia capaz de realizar trabalho. Não é energia em forma de calor, ou seja, não utiliza calor para a relização das reações metabólicas.
	EXERGÔNICA (AG = - ) liberação de energia livre
 ENDERGÔNICAS (AG = +) absorção de energia livre 
→ ENTALPIA (H): conteudo de calor do sistema reagente 
	EXOTÉRMICO (ΔH -) libera calor
	ENDOTÉRMICO (ΔH +) absorve calor
→ ENTROPIA (S): Desordem de um sistema – ΔS
	Produtos desordenados e menos complexos que seus reagentes, ocorre aumento da entropia. 
 ΔG = ΔH – TΔS
Obs: a temperatura influencia na entropia (altera as ligações e os movimentos das moléculas). 
 
҉ VARIAÇÃO NA ENERGIA LIVRE PADRÃO
	→ Processo espontâneo (ΔGº = - ). Todas as nossas reações são espontâneas.
	→ Processos não espontâneo (ΔGº = +).
	→ Equilíbrio A + B → AB (ΔGº = 0). A mesma energia que entra é a memsa energia que sai.
- Diferença entre o conteúdo de energia livre dos produtos e o conteúdo de energia livre dos reagentes.
- ATP como moeda energética para a variação de energia livre padrão.
	ATP → ADP + Pi
҉ UTILIZAÇÃO DO ATP:
→ SISTEMA FOSFATO:
	- Independente de oxigênio
	- Dura de 8 a 10 segundos
	- Velocista de 100m
	- Energia rápida tirada da creatina
	- Quebra simples
	- Suplementação de creatina
→ SISTEMA ÁCIDO LÁTICO-GLICOSE: 
	- Independente de oxigênio
	- Dura de 1,3 a 1,6 minutos
	- Nadador 400m
	- É uma via metabólica mais complexa
	- Glicólise: quebra da glicose que forma duas moléculas de ácido pirúvico em duas moléculas de acido lático.
- Produz 2 ATPs.
→ RESPIRAÇÃO AERÓBICA
	- Dependente de oxigênio
	- Maratonista
- Glicólise: o acido pirúvico será convertido em acetil COA para entrar no ciclo de Krebs. (não tem produção de ácido lático)
-Produz 32 ATPs.
	
҉ NECESSIDADES DIETÉTICAS (pirâmide alimentar):
- Carboidratos, lipídeos (ácidos graxos) e proteínas: as três principais macromoléculas para produção de energia.
- Ácidos graxos essenciais; são os lipídeos que mais precisamos ingerir. Ômega 3, ômega 2, etc
- Minerais e vitaminas: não são utilizados para produção de energia. São cofatores e coenzimas (auxiliam na produção de energia). São necessários em baixas quantidades.
҉ RESERVAS DE SUBSTRATOS ENERGÉTICOS:
→ GLICOGÊNIO: fígado e músculo esquelético
	- Glicogênio Muscular
	- Glicogênio Hepático (maior)
- O músculo cardíaco consegue fazer um pequeno estoque de glicogênioem situações de emergência.
- Estoque de glicogênio é limitado (200 – 300g)
- Carboidrato em excesso: estoque de gordura nos adipócitos (triacilglicerol). 
→ GORDURA (triacilglicerol)
- Armazenado nos adipócitos 
- Reserva é ilimitada 
- Pode ser estocado no fígado (esteatose hepática), coração, músculo esquelético, pâncreas, etc.
- Nos vasos sanguíneos, a gordura é depositada, não é estocada.
→ PROTEÍNAS
- Quebra a estrutura do músculo para a utilização de aminoácidos como fonte de energia.
- Proteínas não formam reservas, formam estruturas
- Condições anormais ou extremas.
҉ ORDEM DE PREFERÊNCIA DE UTILIZAÇÃO DOS SUBSTRATOS ENERGÉTICOS
1) Carboidrato (glicólise): 4kcal/g
2) Lipídeos (beta-oxidação): 9kcal/g
3) Proteínas: 4kcal/g
- A oxidação de carboidratos é mais rápida (glicólise), mas produz menos energia.
- Há células que têm DEPENDÊNCIA de glicose. Ex: hemácias (não tem mitocôndrias)
- Há celulas que têm PREFERÊNCIA por glicose. Ex: células neurais.
- A oxidação da glicose ocorre no CITOSOL das células, por isso as hemácias conseguem utilizar carboidratos.
- Os lípideos são utilizados ao mesmo tempo em que o carboidrato, porém em menos quantidade.
· CORPOS CETÔNICOS: transporte de Acetil COA. Células neurais utilizam corpos cetônicos para produção de energia quando há baixa quantidade de carboidrato.
҉ DEMANDA ENERGÉTICA INFLUENCIA NAS SECREÇÕES HORMONAIS:
- Insulina e Glucagon são secretados pelo pâncreas. São inversamente proporcionais.
- Insulina estimula a produção de reservas, enquanto que o glucagon estimula a quebra das reservas.
- Controlam a síntese (utilização) dos subtratos energéticos
- A glicemia (quantidade de glicose no sangue) é quem define a secreção de insulina ou glucagon.
	- Glicemina Alta: secreção de insulina pelo pâncreas, ocorre a absorção da glicose e a glicemiadiminui.
	- Glicemia Baixa: preciso de alimentação ou secreção de glucagon pelo pâncreas. Diminui a secreção de insulina. O glucagon inicia a quebra de glicogênio pelo fígado e a glicose no aumenta. 
- Durante o sono ou período de jejum: aumento do glucagon.
҉ INSULINA
- Hormônio anabólico
- Ocorre um aumento da insulina quando há a alimentação
- É um hormônio peptídico (51 aminoácidos)
- Formada pro duas cadeias de peptídeos ligadas por pontes dissulfeto.
- É secretada por ilhotas de Langerhans (parte do pâncreas que possuem células beta das ilhotas)
- Pré-insulina: insulina inativada
- Peptídeo C: é secretado juntamente com a insulina e na mesma quantidade. Logo, o peptídeo C pode ser utilizado para medições e curvas de secreção da insulina.
҉ Secreção de Insulina:
- Aumenta a glicose, aumenta a secreção de insulina.
- GLUTS: canais de passagem da glicose. Encontrados na membrana da célula beta.
	- Dependente de insulina: GLUT 4
	- Não dependente de insulina: GLUT 2, Células Beta
- O aumento da glicose sanguínea (alimentação) faz com que os canais GLUT das células beta se abram → entrada da glicose na célula beta → oxidação da glicose para produção de ATP. Assim, os canais de K+ são fechados e tem menos K+ saindo da célula. Com o aumento do K+ intracelular, ocorre a despolarização. Com a despolarização, os canais de Ca+2 se abrem e o Cálcio entra na célula beta → exocitose das vesículas de insulina pelas células beta do pâncreas.
҉ MECANISMO DE AÇÃO DA INSULINA (4 proteínas)
- Ocorre após a insulina ser secretada
1) ENPP1: fica na parte extracelular da membrana da célula. Absorve insulina para dentro da célula.
2) IRS: proteínas intracelular que fosforila a insulina que acabou de entrar na célula pelo ENPP1. A insulina fosforilada promove a abertura de canais GLUT 4 para a glicose ser absorvida pela célula.
3) GLUT 4: canal que fica na membrana e é dependente de insulina. Se abre para a absorção de glicose. Absorve glicose quando é estimulada pela insulina fosforilada.
4) KPN 10: proteína de membrana que faz a degradação de lipídeos. Se tem alta concentração de gordura no meio extracelular, a insulina não consegue se ligar ao receptor. Para isso, a KPN10 destroi destrói a gordura e facilita a ligação da insulina ao receptor.
Diabetes tipo 1: é génetico, pessoa magra, catabolismo acelerado (aumento de glucagon). Hiperglicemia por falta de absorção de glicose, deficiência na SECREÇÃO de insulina pelas células beta.
Diabetes tipo 2: secreção de insulina está normal, mas a deficiência está no mecanismo de ação da proteína (deficiência está na estrutura ou formação das 4 proteínas). Concentração de glucagon está normal, geralmente são pessoas obesas, estilo de vida. Hiperglicemia por falta de ABORÇÃO da glicose. 
҉ GLUCAGON
- Hormônio catabólico
- Hormônio peptídico
- Cadeia simples (única) com 29 aminoácidos
- Secretado pelas células alfa das ilhotas de Langerhans do pâncreas.
҉ MECANISMO DE AÇÃO DO GLUCAGON:
- O receptor do glucagon está na membrana. O glucagon se liga ao receptor e ativa a proteína G (subunidade α) → ativação do adenilado ciclase (proteína que converte o ATP em AMPCíclico) → O AMP Cíclico ativa uma proteína quinase que vai fosforilar enzimas, ativando ou desativando algumas enzimas:
- Enzimas ativadas: quebram glicogênio, ácidos graxos
- Enzimas inativadas: enzimas que fazem síntese de glicogênio e lipídeos
҉ Principais condições metabólicas:
- Fígado: principal órgão a ser afetado por alterações metabólicas. O fígado participa da síntese e quebra do glicogênio, de aminoácidos, lipídeos e ureia. Todas as vias metabólicas necessárias para a quebra de substratos energéticos ocorrem nele.
- Músculo: reserva de glicogênio, usa ácidos graxos para a produção de energia e é comporto por proteínas, que podem ser necessárias para a aprodução de energia também.
- Tecido adiposo: reserva de ácidos graxos e podem fazer reserva de ácidos graxos também. 
- Cérebro e hemácias: a utilização de glicose pelo cérebro ou hemácias afeta diretamente o fígado, o músculo e o tecido adiposo.
҉ ESTADO ALIMENTADO OU ABSORTIVO
- Desde a digestão até a absorção completa dos alimentos (1 a 2 horas)
- Representado por uma grande quantidade de insulina e anabolismo. 
- Ocorrem alterações metabólicas pela absorção de carbiodratos, proteínas e lipídeos.
→ INGESTÃO DE CARBOIDRATOS
- Amido: formado por monossacarídeos de glicose
- Oxidação de glucagon no fígado: produção de energia 
- Forma estoque de glicogênio
- Direcionamento da glicose de acordo com a necessidade do organismo
→ INGESTÃO DE LIPÍDEOS
- Ácidos biliares e lipases quebram lipídeos
- Organismo absorve e forma novamente o triacilglicerol e seu direcionamento para os tecidos
- Triacilglicerol transportado através de quilomicrons (lipoproteínas)
- Utilizado por: fígado, músculo e, principalmente, pelo tecido adiposo (reserva de lipídeos)
→ INGESTÃO DE PROTEÍNAS
- Digeridas e quebradas liberando aminoácidos (o primeiro a ser retirado é o grupamento amina)
- Absorção de aminoácido pela veia porta do fígado. No fígado, ocorrerão transformações.
- Produção de glicose, piruvato e bases nitrogenadas 
- Excreção de nitrogênio através da amônia (uréia)
҉ ESTADO DE JEJUM OU PÓS-ABSORTIVO:
- Tempo entre as refeições ou período noturno.
- Aumento do glucagon, fase catabólica.
- Alterações metabólicas:
	- Músculo, fígado e tecido adiposo
	- Alterações nas reservas de carboidratos, lipídeos e proteínas.
* 1ª reserva a ser utilizada: glicogênio (oxidado no músculo e no fígado) → oxidação da glicose → formação do piruvato → Acetil CoA.
- Liberação da glicose pelo fígado. É utilizado em todo o corpo. 
- A glicose do músculo é utilizada pelo músculo para a contração.
* 2ª reserva mais utilizada: triacilglicerol (3 ácidos graxos + 1 glicerol). Quebrado no tecido adiposo, formando 3 ácidos graxos e um glicerol. O glicerol é direcionado para o fígado, sofrendo beta-oxidação e formando o acetil CoA → início do ciclo de Krebs → produção de Energia.
- Fígado: local onde ocorre a oxidação de ácidos graxos e o acetil CoA é transportado, através de corpos cetônicos, para outras partes do corpo, inclusive para o músculo. 
- Para transportar acetil CoA, é necessária a presença dos corpos cetônicos. O acetil coa não consegue ser transportado pela corrente sanguínea.
- Aglomerado de acetil CoA (3 moléculas de acetil CoA) formam os corpos cetônicos que conseguem ser transportados pela corrente sanguínea.
- Corpos cetônicos são levados para os músculos, onde são quebrados e liberam acetil CoA.
- Corpos cetônicos têm característica ácida
- O glicerol formado pela beta-oxidação dos ácidos graxos é levado para o fígado
- Músculo produz energia de duas formas:
	- Forma direta: glicólise
	- Forma indireta: degradação dos corpos cetônicos vindo do fígado.
* 3ª reserva utilizada: Proteínas musculares → quebra dessas proteínas → liberação de aminoácidos → oxidação de aminoácidos → acetil CoA → ciclo de Krebs → produção de ATP
- Aminoácidos também são oxidados para produção de glicose (alanina vai para o fígado para a produção na glicose).
- Piruvato (oxidação de ácidos graxos), lactato e alanina (aminoácido): produção de glicose
- A principal utilização da terceira reserva é em células que possuem DEPENDÊNCIA de glicose.
- Além da alanina e do glicerol, tem o piruvato (oxidação de ac graxos, glicose) e o lactato (feito a partir da conversão do piruvato) que são precursores da glicose;
- Ácidos graxos: +100 ATP
- Glicerol: 32 ATP
҉ GLICONEOGÊNESE 
- O fígado é o principal órgão capaz de sintetizar glicose
- Músculo não é capaz de produzir glicose porque não possui algumas enzimas específicas.
- Glucagon: condiciona a produção de glicose (em estado de jejum). É uma via catabólica.
҉ ESTADO DE JEJUM PROLONGADO
- 3 dias ou mais de jejum
- estado de inanição ou anorexia
- Início: alterações metabólicas no jejum breve 
- Jejum prolongado: faz com que estoques de glicogênio e ácidos graxos diminuam
- Fígado produz corpos cetônicos (aglomerados de acetil CoA) a manda para outrostecidos.
- As hemácias não utilizam corpos cetônicos porque são DEPENDENTES de glicose e não possuem mitocôndrias.
- Quando o glicogênio acaba: glicerol e aminoácidos para produção de energia
- O orgamismo muda para a utilização de ácidos graxos e corpos cetônicos, diminuindo a quebra de proteínas, pois somente as células dependentes de glicose (hemácias) utilizam a glicose. 
- No estado de jejum prolongado, o organismo para de produzir energia através da degradação de proteínas.
- Estado alimentado: produção de reservas energéticas
- Estado de jejum: quebra dessas reservas. 
҉ DIABETES MELLITUS TIPO 1:
- Sem produção de insulina
- Alterações nas células beta do pâncreas
- Auto-imune (mas pode ser adquirida através de um acidente/quimioterapia/insulinoma em que houver morte das células beta do pâncreas ou câncer no pâncreas)
- Insulino-dependente
- Magro (sem absorção de glicose, lipídeos e proteínas). 
- Catabolismo elevado (utilização de ácidos graxos e proteínas)
- Jovens (menores que 18 anos)
- Deficiência da produção de insulina
- Peptídeo C é diminuído (está junto com a insulina)
- Concentração de glicose é alta
- Rápida instalação (-10kg poro dia)
- Diagnóstico mais rápido
- Aplicação de insulina basal que faz a manutenção o dia todo, a rápida e a ultrarrápida que são aplicadas antes das refeições
- Aumento na produção de corpos cetônios para produção de energia (hálito cetônico): acidose metabólica
- Canais das hemácias não são dependentes da insulina
- GLUT 4: principal canal dependete de insulina. 
- Emagrecimento
- Polidpsia (aumento da sede)
- Polifagia (aumento da fome)
- Aumento da urina (a glicose é uma molécula osmoticamente ativa, aumenta a absorção renal, aumenta o volume da urina).
- Fraqueza e fadiga
- Glicosúria (corpos cetônicos na urina)
҉ DIABETES TIPO 2:
- Pode ser reversível
- Maus hábitos (síndrome metabólica, fatores genéticos)
- Mais de 40 anos
- Uso eventual de insulina (há produção de insulina, mas há resistência nas células)
- Obeso 
- Assintomático
- Hiperglicemia. Haverá sempre um aumento de glicose. 
- A insulina pode ficar alterada ou não. 
- Deficiencia no mecanismo de ação da insulina (falha em uma das 4 proteínas: ENPP1, KPN10, IRS, GLUT)
	- ENPP1: sem ligação da insulina ao ENPP1 (↑insulina)
	- IRS: sem fosforilação da glicose, logo, ela não é absorvida (↑ glicose, insulina ok)
	- GLUT 4: Sem absorção da glicose ↑ glicose, insulina ok
	- KPN10: ↑ quantidade de gordura livre, insulina não se liga, ↑ glicose
- A longo prazo: aumento de produção de insulina pelo pâncreas. O pâncreas fica sobrecarregado e para de produzir insulina.
- Prática de exercícios e alimentação balanceada + antidiabéticos (metformina, victosa, etc)
- Infecções frequentes
- Má cicatrização
- Alteração visual
- Polidpsia (aumento da sede)
- Polifagia (aumento da fome)
- Aumento da urina (glicose na urina: glicosúria)
→ Diabetes tipo 2 agravado: 
- Pâncreas falha totalmente na produção de insulina
- Falha de irrigação (oxigenação) das extremidades: pé diabético (amputação).
→ Síndrome metabólica 
- Hipertensão, esteatose hepática (gordura no fígado), diabetes tipo 2, obesidade.
- Desencadeia várias patologias
҉ MEDIÇÃO DA GLICEMIA:
- Não é um exame confiável 
- O exame da hemoglobina glicada é mais confiável por mostrar uma mediação a longo prazo.
- Feito em jejum
< 70 hipoglicemia
> 100 – 126 pré diabetes (início da resistência insulínica)
> 126 diabetes