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PROBLEMA 4 DIGESTÃO - As proteases, que são as enzimas proteolíticas, quebram as proteínas em aminoácidos no estômago e no intestino. Essas proteases são sintetizadas como formas inativas maiores, conhecidas como zimogênios, que são secretados no trato digestivos e, ao serem clivados, se transformam em proteases ativas. Essas enzimas ativas possuem especificidades, dessa forma, precisam agir em conjunto para digerir as proteínas. DIGESTÃO NO ESTÔMAGO - A digestão das proteínas se inicia no estômago, onde as células principais secretam o pepsinogênio e as células parietais secretam HCl. O ácido do lúmen gástrico altera a conformação do pepsinogênio, que passa a clivar a si mesmo, produzindo sua forma ativa chamada de pepsina. Assim, a ativação do pepsinogênio é autocatalítica. O ácido do estômago também se faz importante ao desnaturar as proteínas da dieta, fazendo com que elas fiquem inativas e desdobradas, tornando-as melhores substratos para as proteases. No pH baixo a pepsina não é desnaturada e age como uma endopeptidase, clivando ligações peptídicas em vários pontos dentro da cadeia, produzindo peptídeos menores e alguns aminoácidos. DIGESTÃO NO INTESTINO - Ao chegar no intestino, o conteúdo gástrico encontra as secreções do pâncreas exócrino. Um exemplo é o bicarbonato, que além de neutralizar o ácido estomacal, aumenta o pH permitindo a ativação das proteases pancreáticas, que também estão presentes nessas secreções. Quando secretadas, essas proteases estão na forma de pró- enzima inativa e se tornam ativas em um curto espaço de tempo, pois podem digerir umas às outras. Isso ocorre através da clivagem do tripsinogênio, pela ação da enteropeptidase (enteroquinase), sendo convertido em tripsina. Essa tripsina possui um papel central na digestão, pois ela catalisa as clivagens que convertem quimotripsinogênio em quimotripsina, a pró-elastase em elastase e as pró-carboxipeptidases em carboxipeptidases. Dessa forma, além de clivar proteínas das dietas, ela ativa outras proteases produzidas pelo pâncreas. A enteropeptidase é secretada pelas células da borda em escova do intestino delgado. - A tripsina, quimotripsina e elastase são serina- proteases que agem como endopeptidases. A tripsina é a mais específica, clivando ligações peptídicas nas quais o grupo carboxila (carbonila) é fornecido por lisina ou arginina. A quimotripsina é menos específica, mas favorece resíduos que possuam aminoácidos ácidos ou hidrofóbicos. A elastase cliva elastina e outras proteínas nas ligações em que o grupo carboxila é doado por resíduos de aminoácidos com cadeias laterais pequenas (alanina, glicina ou serina). - Os peptídeos menores formados pela ação das endopeptidases são atacados pelas exopeptidases, que clivam 1 aminoácido por vez a partir do fim da cadeia. Um exemplo são as carboxipeptidases ativas, provenientes das pró-carboxipeptidases, que removem aas da extremidade carboxiterminal. A carboxipeptidase A libera preferencialmente aminoácidos hidrofóbicos, enquanto a carboxipeptidase B libera aminoácidos básicos (arginina e lisina). Enzimas das células intestinais - As exopeptidases produzidas pelas células intestinais agem dentro da borda em escova e dentro das células. As aminopeptidases, localizadas na borda, clivam um aminoácido por vez a partir da extremidade aminoterminal dos peptídeos. Já as peptidases intracelulares agem em pequenos peptídeos que são absorvidos pelas células. Além de digerirem a si próprias e as proteínas da dieta, as enzimas digestivas digerem as células intestinais, promovendo a esfoliação para o lúmen. As células são substituídas por células que amadurecem a partir de precursoras das criptas duodenais. As endopeptidases hidrolisam ligações peptídicas no interior das cadeias. O restante são exopeptidases, que podem ser aminopeptidases, removendo o aa N-terminal, ou carboxipeptidases, retirando o aa C-terminal. ABSORÇÃO - Os aminoácidos são absorvidos do lúmen do intestino delgado principalmente por proteínas de transporte semi-específias dependentes de Na+ na membrana luminal (apical) da célula intestinal da borda em escova. Isso é feito a partir de um transporte ativo secundário, em que a bomba de sódio e potássio utiliza ATP para bombear Na+ para fora da célula, mantendo uma baixa concentração intracelular desse íon. Portanto o mecanismo de transporte primário é a criação desse gradiente de sódio e, o transporte secundário, é o acoplamento do aminoácido ao influxo de sódio. Os aminoácidos são, então, transportados para fora da célula em direção ao fluido intersticial por transportadores facilitados na membrana serosa (basolateral). - Existem no mínimo 6 diferentes carreadores de aminoácidos sódio-dependentes na membrana apical da borda em escova, sendo que eles possuem certas especificidades para os diferentes aminoácidos: Carreadores que transportam preferencialmente aminoácidos neutros Carreadores que transportam prolina e hidroxiprolina Carreadores que transportam preferencialmente aminoácidos ácidos Carreadores que transportam aminoácidos básicos (lisina, arginina e ornitina) e cistina (dois resíduos de cisteína ligados por ponte dissulfeto) - Adicionalmente a esses carreadores, alguns aminoácidos são transportados através da membrana apical por carreadores de transporte facilitado, sendo que a maioria é transportada por mais de um sistema de transporte. O transporte de aminoácidos através da membrana serosa é bidirecional, porque durante o jejum, o epitélio intestinal e outros tipos celulares captam aminoácidos do sangue para utilizar como fonte de energia. Transporte para dentro das células - Os aminoácidos que entram no sangue são transportados através das membranas celulares dos vários tecidos principalmente por co-transportadores Na+-dependentes e, em menor extensão, por transportadores facilitados. Essa dependência de sódio no transporte de aminoácidos no fígado, no músculo e outros tecidos permite que as células desses tecidos concentrem aminoácidos do sangue. As proteínas de transporte possuem algumas diferenças entre os tecidos, por exemplo: O sistema N para a captação de glutamina está presente no fígado, mas não está presente em nenhum outro tecido ou está presente como uma isoforma com propriedades diferentes. - Há também alguma sobreposição na especificidade das proteínas transportadoras, com a maioria dos aminoácidos sendo transportados por mais de um carreador. Pequeníssimas quantidades de polipeptídios passam para o sangue, e ele podem ser transportados através das células do epitélio intestinal, provavelmente por pinocitose, ou passar entre as células que revestem a parede do intestino. TURNOVER PROTÉICO E POOL INTACELULAR - O pool de aminoácidos dentro das células é uma grande mistura de aminoácidos da dieta e aminoácidos derivados da degradação de proteínas existentes. Todas as proteínas dentro da célula têm uma meia-vida, que é o tempo no qual 50% das proteínas que foram sintetizadas deverão ser degradadas, sendo que algumas proteínas têm vida curta (5 a 20 minutos), e outras possuem meias-vidas de várias horas ou mesmo dias. - Dessa forma, as proteínas estão em contínuo turnover, ou seja, estão frequentemente sendo sintetizadas e degradadas no corpo. Exemplos de proteínas que são submetidas a síntese e degradação amplas são a hemoglobina, as proteínas musculares, as enzimas digestivas e as proteínas das células esfoliadas do TGI. A hemoglobina é produzida nos reticulócitos e reconvertida em aminoácidos pelas células fagocíticas que removem as células vermelhas maduras da circulação diariamente. A proteína muscular é degradada durante os períodos de jejum, e os aminoácidos são utilizados paraa gliconeogênese, sendo que, após a ingestão na dieta, a proteína muscular é ressintetizada. - As proteínas também são recicladas dentro das células. A síntese de várias enzimas é induzida em resposta à demanda fisiológica (jejum ou alimentado), e essas enzimas estão continuamente sendo degradadas. As proteínas intracelulares também são danificadas por oxidação e por outras modificações que limitam sua função. Os mecanismos para degradação intracelular de proteínas desnecessárias ou danificadas envolvem os lisossomas ou o sistema ubiquitina/proteassoma. TURNOVER LISOSSOMAL - Os lisossomas participam dos processos de autofagia e de endocitose. A autofagia é um processo regulado complexo no qual componentes intracelulares são envolvidos por membranas que se fundem com lisossomas. Dentro dos lisossomas, as proteases da família das catepsinas degradam as proteínas ingeridas a aminoácidos livres, os quais podem deixar os lisossomas e reingressar no pool de aminoácidos intracelular. Os detalhes de como a autofagia é induzida são ainda desconhecidos, porém acredita-se que a inanição da célula é um gatilho para induzir esse processo. VIA UBIQUITINA-PROTEASSOMA - A ubiquitina é uma proteína pequena (76 aminoácidos), altamente conservada e tem a função de marcar proteínas intracelulares para a degradação por ligação covalente a grupos ε-amino de resíduos de lisina. Esse processo é realizado por um sistema de três enzimas que adicionam a ubiquitina às proteínas- alvo para a degradação. Muitas vezes, a proteína-alvo é poliubiquitinilada, ou seja, moléculas adicionais de ubiquitina são ligadas a moléculas de ubiquitina prévias e, após a poliubiquitinilação estar completa, a proteína-alvo é liberada do complexo trienzimático. - Então, o complexo proteolítico chamado proteassoma degrada a proteína marcada, liberando a ubiquitina intacta que pode novamente marcar outras proteínas. O proteassoma básico é um complexo proteico 20S cilíndrico com múltiplos sítios proteolíticos internos, sendo que esse complexo 20S é regulado por complexos de proteínas cap, os quais se ligam a proteínas ubiquitiniladas (requer ATP) e as entregam ao complexo 20S. A hidrólise de ATP é utilizada tanto para desdobrar a proteína marcada quanto para impeli-la para o interior do cilindro. CICLO DA UREIA - O corpo pode obter aas de proteínas da dieta ou de proteínas endógenas (via de mão dupla). O nosso corpo é incapaz de estocar de aminoácidos e proteínas, dessa forma, em caso de excesso de aminoácidos, eles serão usados para: Síntese de compostos nitrogenados não proteicos (p. ex nucleotídeos) Síntese de glicose e glicogênio Síntese de ácidos graxos Gerar ATP na respiração celular - Para que os aas sejam utilizados eles precisam perder o seu grupo amina, liberando, assim, a cadeia carbônica restante. O grupo amina perdido precisa ser convertido em ureia, porque a amônia formada é tóxica e muito solúvel em água, então, se fosse excretada na urina, haveria uma grande perda de água. Para a maioria dos aminoácidos, o grupo amina é retirado através da reação de transaminação. REAÇÕES DE TRANSAMINAÇÃO - A transaminação é o principal processo para remover o nitrogênio dos aminoácidos, sendo que na maioria dos casos, o nitrogênio é transferido, como um grupo amino, do aminoácido original para o alfa- cetoglutarato, formando glutamato, enquanto o aminoácido original é convertido em seu alfa- cetoácido correspondente. O glutamato formado pode passar por uma transaminação, transferindo seu grupo amino para o oxalacetato e o dupla O do oxalacetato entra no lugar da amina. O oxalacetato se transforma em aspartato e o glutamato volta a ser o alfa-cetoglutarato. Na reação de transaminação, o aminoácido perde o grupo amino e recebe um “dupla O” do alfa-cetoglutarato. - Todos os aminoácidos, exceto lisina e treonina, são submetidos a reações de transaminação, que são catalisadas pelas transaminases ou aminotransferases. Existe ainda o cofator, que é o piridoxal-fosfato (PLP). Como essas reações são reversíveis, elas podem ser utilizadas para remover o nitrogênio de aminoácidos ou para transferir nitrogênio para alfa-cetoácidos para formar aas. REAÇÕES DE DESAMINAÇÃO - As células do corpo e as bactérias do intestino liberam o nitrogênio de certos aminoácidos na forma de amônia ou íon amônio (NH4+). O íon amônio libera um próton para formar amônia, sendo que o pH fisiológico favorece o NH4+. Contudo, é importante observar que NH3 também está presente no organismo, pois essa é a forma que pode atravessar as membranas celulares. O NH3 passa para a urina a partir das células tubulares renais e diminui a acidez da urina pela ligação de prótons, formando NH4+, que não pode mais se difundir livremente através das membranas. - O glutamato pode ser desaminado oxidativamente por uma reação catalisada pela glutamato- desidrogenase, ocorrendo na mitocôndria da seguinte forma: O glutamato reage com o NAD+ (ou com o NADP) e H2O, sendo que o oxigênio da água entra na forma de dupla O no glutamato, que volta a ser alfa- cetoglutarato. O NAD ou NADP recebe H+ do glutamato e libera o amônio (grupo amina livre- NH4+). - Essa reação é reversível, assim, ela pode incorporar amônia ao glutamato ou liberar amônia a partir de glutamato. Esse processo fornece uma das fontes de amônia que entra no ciclo da ureia. - Além do glutamato, vários outros aminoácidos liberam o seu nitrogênio como NH4+: A histidina pode ser diretamente desaminada para formar NH4+ e urocanato. A serina e a treonina são desaminadas por reações de desidratação que requerem PLP e são catalisadas pela serina-desidratase. A asparagina é desaminada pela asparaginase, produzindo aspartato e NH4+. A glutaminase age na glutamina, formando glutamato e NH4+, sendo que essa reação é particularmente importante no rim, no qual o íon amônio produzido é excretado diretamente na urina, formando sais com ácidos metabólicos. - No músculo e no cérebro o ciclo dos nucleotídeos da purina permite que o NH4+ seja liberado dos aminoácidos. Isso ocorre a partir das seguintes etapas: 1. O nitrogênio é coletado pelo glutamato a partir de outros aminoácidos por meio das reações de transaminação 2. O glutamato transfere seu grupo amino para o oxaloacetato para formar aspartato, o qual fornece nitrogênio para o ciclo dos nucleotídeos da purina 3. As reações do ciclo liberam fumarato e NH4+, que pode deixar o músculo na forma de glutamina. ALANINA E GLUTAMINA - O turnover proteico e a degradação dos aminoácidos ocorrem em todos os tecidos, porém as enzimas do ciclo da ureia são ativas principalmente no fígado. Assim, é necessário um mecanismo para transportar o nitrogênio dos aas para o fígado, sendo que a alanina e a glutamina são os principais transportadores no sangue. A alanina é exportada principalmente pelo músculo, através do ciclo glicose-alanina. O músculo metaboliza a glicose por meio da glicólise, disponibilizando o piruvato. O piruvato é transaminado com o glutamato para formar alanina. No fígado, a alanina é transaminada a piruvato, e o nitrogênio será utilizado para a síntese de ureia. O piruvato formado é utilizado para a gliconeogênese, e a glicose é exportada para o músculo para servir como energia. - A glutamina é sintetizada a partir do glutamato pela fixação de amônia, com gasto de ATP e catálise da enzima glutamina-sintetase. A glutamina vai até o fígado, o rim ou o intestino, nos quais a glutaminase irá remover o nitrogênio amida para formar glutamato mais amônia. ETAPAS DO CICLO DA UREIA - O ser humano adulto normal está em balanço nitrogenado, isto é, a quantidade de nitrogênio ingerida a cada dia, principalmente na forma deproteína na dieta, é igual à quantidade de nitrogênio excretada. O principal produto de excreção é a ureia, a qual é eliminada pelo corpo na urina. A ureia possui um carbono originado de CO2, um dos nitrogênios veio do grupo amina do NH4+ liberado na desaminação e outro vem do aspartato da transaminação. - O ciclo da ureia possui as seguintes etapas: 1. Síntese de carbamoil-fosfato - Nessa reação, o NH4+, bicarbonato e ATP reagem para formar carbamoil-fosfato. É necessário a clivagem de 2 ATP, sendo que um ATP foi hidrolisado liberando ADP e Pi (fornece a energia) e o outro libera apena ADP, porque o fosfato passa a fazer parte da molécula. A enzima que catalisa essa reação, a carbamoil-fosfato-sintetase I (CPSI), é encontrada nas mitocôndrias do fígado e do intestino. Existe a CPSII, localizada no citosol, que produz carbamoil-fosfato para biossíntese de pirimidinas, utilizando o nitrogênio da glutamina. 2. Produção de arginina - O carbamoil-fosfato reage com a ornitina formando citrulina, através da energia da ligação fosfato do carbamoil-fosfato. Essa reação ocorre na mitocôndria e é catalisada pela ornitina-transcarbamoilase. - Em seguida, a citrulina é transportada através da membrana mitocondrial em troca de ornitina citoplasmática e entra no citosol. A citrulina reage com o aspartato, a 2ª fonte de nitrogênio para a síntese da ureia, para produzir argininossuccinato. Essa reação, catalisada pela argininossuccinato- sintetase, é direcionada pela hidrólise do ATP a AMP e PPi (pirofosfato). - O argininossuccinato é clivado pela argininossuccinato-liase para formar fumarato e arginina. O fumarato é convertido em malato (pela fumarase citoplasmática), o qual é usado tanto para a síntese de glicose pela via da gliconeogênese quanto para a regeneração de oxaloacetato pelas reações do ciclo do TCA. 3. Clivagem da arginina - A arginina, que contém os nitrogênios derivados do NH4+ e do aspartato, é clivada pela arginase, produzindo ureia e regenerando ornitina. A ureia é produzida a partir do grupo guanidino da cadeia lateral da arginina. A ornitina é um aminoácido que, embora possa ser regenerada pelo ciclo da ureia, ela também pode ser sintetizada a partir de uma reação de transaminação catalisada pela ornitina- aminotransferase, no intestino. REGULAÇÃO DO CICLO DA UREIA - A regulação do ciclo da ureia é por feed-forward, que é contrária à regulação por feedback (retroalimentação). O ciclo da ureia é regulado pela disponibilidade de substrato, dessa forma, quanto maior a velocidade de produção de amônia, maior a velocidade de produção de ureia. Essa regulação é uma característica geral de controle de vias de eliminação, tal como o ciclo da ureia, o qual remove compostos tóxicos do organismo. Dois outros tipos de regulação controlam o ciclo da ureia: Ativação alostérica da CPSI pelo N-acetil- glutamato (NAG) - O NAG é formado especificamente para ativar a CPSI. A síntese de NAG a partir de acetil-CoA e glutamato é estimulada pela arginina. Quando os níveis de arginina no fígado aumentam, 2 reações são estimuladas. A primeira é a síntese do NAG, o qual irá aumentar a velocidade pela qual o carbamoil-fosfato é produzido. A segunda é para produzir mais ornitina (via reação da arginase), de tal forma que o ciclo possa operar mais rapidamente. Indução/repressão da síntese das enzimas do ciclo da ureia - A indução ocorre em resposta a condições que requerem um aumento do metabolismo proteico, tais como uma dieta rica em proteína ou um jejum prolongado. A habilidade de uma dieta rica em proteína para aumentar os níveis das enzimas do ciclo da ureia é um outro tipo de regulação por feed- forward. FUNÇÃO DURANTE O JEJUM - Durante o jejum, o fígado mantém os níveis de glicose no sangue, assim, os aminoácidos das proteínas musculares são a maior fonte de carbono para a produção de glicose pela via da gliconeogênese. Conforme os carbonos dos aminoácidos são convertidos em glicose, os nitrogênios são convertidos em uréia. Dessa forma, há um aumento da excreção urinária de uréia durante o jejum. - O principal aminoácido que serve como substrato para a gliconeogênese é a alanina, a qual é sintetizada nos tecidos periféricos para agir como um carreador de nitrogênio. A liberação de glucagon, que acontece durante o jejum, estimula o transporte de alanina para o fígado. Duas moléculas de alanina são necessárias para gerar uma molécula de glicose. METABOLISMO DOS AMINOÁCIDOS - O corpo mantém um pool de aminoácidos livres relativamente grande no sangue, mesmo que em jejum. Esses aas livres derivam dos aminoácidos da dieta e do turnover de proteínas no corpo. Dessa forma, os tecidos possuem continuamente aminoácidos para síntese de proteínas e derivados essenciais (p.ex. neurotransmissores), assim como o fígado possui substratos aminoácidos para a gliconeogênese e várias outras células possuem esses aminoácidos como fonte de substrato energético. O turnover proteico permite mudanças na quantidade de diferentes proteínas produzidas nos tecidos em resposta às mudanças no estado fisiológico e remove continuamente as proteínas danificadas ou modicadas. Além disso, ele fornece um pool de aas específicos que podem ser utilizados como substratos oxidáveis, precursores para a síntese de heme, creatina-fosfato, purinas e pirimidinas. FLUXO INTERÓRGÃOS - O estado de jejum é um exemplo de fluxo interórgãos de aminoácidos necessários para manter o pool no sangue e suprir os tecidos. Durante o jejum noturno, a síntese proteica no fígado e em outros tecidos é feita numa taxa diminuída em comparação com o estado pós-prandial. - O efluxo de aminoácidos do músculo sustenta o pool de aminoácidos do sangue, isso porque, durante o jejum noturno essa liberação está estimulada pelos baixos níveis de insulina e altos níveis de glicocorticoides no sangue. Essa insulina promove a captação de aminoácidos e a síntese de proteínas, então a queda dos seus níveis resulta em aumento da taxa de proteólise e liberação de aas. Além disso, conforme aumenta a liberação de glicocorticoides pelo córtex adrenal, ocorrem também a indução da síntese de ubiquitina e o aumento da proteólise ubiquitina-dependente. O efluxo de aminoácidos do músculo esquelético ocorre da seguinte forma: 1. O músculo oxida os BCAA (valina, leucina e isoleucina), produzindo energia e glutamina 2. Os grupos amino dos BCAA, do aspartato e do glutamato saem do músculo na alanina e na glutamina (representam 50% do total de nitrogênio alfa-amino liberado pelo músculo) METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS NO FÍGADO DURANTE O JEJUM - O fígado é o principal local de captação de alanina, pois ele elimina o nitrogênio amino incorporando-o na ureia. Ele também extrai aminoácidos livres, alfa- cetoácidos e um pouco de glutamina do sangue. A alanina e outros aas são oxidados e seus esqueletos de carbono são convertidos em glicose. O glucagon e os glicocorticoides possuem papel importante na estimulação da captação de aminoácidos pelo fígado e no aumento da gliconeogênese e da ureagênese: O transporte de alanina para o fígado é aumentado pelo glucagon Há uma indução da síntese de enzimas gliconeogênicas durante o jejum noturno, o que se correlaciona com a indução das enzimas de degradação de aminoácidos (p. ex., tirosina-aminotransferase) e das enzimas do ciclo da ureia A síntese de ureia também aumenta devido ao fornecimento aumentado de NH4+ a partir da degradação de aminoácidos no fígado. METABOLISMO EM OUTROS TECIDOS DURANTE O JEJUM - A glicose produzida pelo fígado é utilizada para fornecer energia para o cérebro e outros tecidos dependentes de glicose (p.ex. eritrócitos). O músculo em exercício oxida um pouco dessa glicose a piruvato,o qual é utilizado como esqueleto de carbono da alanina (ciclo glicose- alanina). A glutamina é gerada por pulmões e cérebro para a remoção de NH4+ formado a partir do catabolismo de aminoácidos ou vindo do sangue. - O rim, o intestino e células com taxas rápidas de turnover (p.ex. sistema imunológico), são os principais locais de captação de glutamina, que serve como substrato energético para esses tecidos, como doadora de nitrogênio para a síntese de purinas e como substrato para a amoniogênese no rim. Muito do nitrogênio não-utilizado da glutamina é transferido para o piruvato para formar alanina, que, por sua vez, carrega o nitrogênio não-utilizado de volta ao fígado. - Os BCAA pode ser utilizado pelo cérebro como fonte de energia e, além disso, eles também uma fonte de nitrogênio para a síntese de neurotransmissores durante o jejum. PRINCÍPIOS QUE GOVERNAM O FLUXO DE AMINOÁCIDOS - O padrão de fluxo interórgão de aminoácidos é bastante afetado por condições que alteram o suprimento de substratos energéticos, como por exemplo: jejum noturno, refeição mista ou refeição rica em proteína. Além disso, ele é afetado por condições que aumentam a demanda por aminoácidos, como acidose metabólica, estresse cirúrgico, injúria traumática, queimaduras, cicatrização e sepse. O fluxo de carbono e nitrogênio dos aminoácidos nessas diferentes condições é comandado por vários fatores: Pelo fato da amônia (NH3) ser tóxica, ela é transportada entre os tecidos como alanina ou glutamina. A alanina é o principal transportador de nitrogênio de aminoácido dos outros tecidos de volta para o fígado, no qual o nitrogênio é convertido em ureia e excretado na urina. Assim, a quantidade de ureia sintetizada é proporcional à quantidade de carbono de aminoácido que está sendo oxidado como substrato energético O pool de glutamina no sangue possui várias funções metabólicas essenciais: 1. Fornece amônia para a excreção de prótons na urina como NH4+ 2. Serve como substrato energético para o intestino, o rim e as células do sistema imunológico. 3. O grupo amida da glutamina serve como fonte de nitrogênio para reações biossintéticas no sistema imunológico e outras células em rápida divisão 4. No cérebro, a formação de glutamina a partir de glutamato e NH4+ é uma maneira de remover amônia e de transportar glutamato entre os diferentes tipos celulares no cérebro. 5. Durante acidose metabólica, o rim se torna o local predominante de captação de glutamina, à custa da utilização de glutamina nos outros tecidos. 6. Durante a sepse, na ausência de acidose, as células envolvidas na resposta imune (macrófagos, hepatócitos) se tornam os locais preferenciais de captação de glutamina. Os BCAA compõem proteínas em geral e podem ser convertidos em intermediários do ciclo de Krebs, sendo utilizados como substratos energéticos por quase todos os tecidos. Eles também são os principais precursores de glutamina. Os aminoácidos são os principais substratos gliconeogênicos, e a maioria da energia obtida de suas oxidações é derivada da oxidação da glicose formada a partir de seus esqueletos de carbono. As taxas de turnover proteico determinam o tamanho do pool de aminoácidos livres disponível para a síntese de novas proteínas e para outras funções essenciais. USO DE AMINOÁCIDOS EM TECIDOS INDIVIDUAIS - Como os tecidos diferem em suas funções fisiológicas, eles possuem diferentes requerimentos de aminoácidos. Entretanto, todos os tecidos compartilham necessidades de aminoácidos essenciais para a síntese proteica, e o turnover é um processo contínuo em todas as células. RIM - Um dos papéis principais do nitrogênio de aminoácidos é fornecer amônia no rim para a excreção de prótons na urina. O NH4+ é liberado da glutamina pela glutaminase e pela glutamato- desidrogenase, resultando na formação de alfa- cetoglutarato, que pode ter várias funções: Ser utilizado como substrato energético pelo rim e oxidado a CO2 Ser convertido em glicose para utilização nas células da medula renal Ser convertido em alanina para devolver amônia para o fígado (síntese de ureia) - A taxa de captação de glutamina do sangue e a sua utilização pelo rim dependem da quantidade de ácido que deve ser excretada para manter um pH normal no sangue. Como a glutamina fornece 2/3 do NH4+ excretado pelo rim, em caso de acidose metabólica, a captação de glutamina pelo rim aumenta várias vezes, assim como a excreção de NH4+. A amônia aumenta a excreção de prótons, pois fornece um tampão para os prótons que são transportados para o fluido tubular renal. Existem transportadores específicos na membrana das células renais que transportam os prótons dessas células para o lúmen tubular em troca de Na+. Em seguida, esses prótons são tamponados por fosfato, bicarbonato e pela amônia (NH3). A amônia, que não possui carga, é capaz de se difundir através da membrana das células tubulares renais para a urina. Conforme ela se combina com um próton na urina, ela forma NH4+, que não pode ser transportado de volta para as células. A remoção de prótons como NH4+ diminui a necessidade de excreção de bicarbonato para tamponar a urina. - A glutamina também pode funcionar como substrato energético pelo rim, principalmente durante jejum e acidose metabólica: 1) A glutamato-desidrogenase (GDH) converte glutamato em alfa- cetoglutarato, o qual é oxidado a CO2, convertido em glicose ou liberado com esqueleto da serina ou alanina. 2) O alfa- cetoglutarato pode ser convertido em oxalacetato pelas reações do ciclo do TCA e o oxalacetato é convertido em fosfoenolpiruvato (PEP) pela PEP- carboxiquinase. 3) O PEP pode ser convertido em piruvato e em seguida em acetil- CoA, alanina, serina ou glicose. - A glicose é utilizada pelas células da medula renal, que têm uma dependência alta da glicólise anaeróbica, devido ao baixo suprimento de O2 e capacidade mitocondrial. O lactato liberado pela glicólise anaeróbica é captado e oxidado nas células corticais do rim, as quais têm uma alta capacidade mitocondrial e um suprimento sanguíneo maior. MÚSCULO ESQUELÉTICO - O músculo esquelético é o principal local de síntese e degradação proteica, devido à sua grande massa. A estimulação da síntese proteica pela insulina depende de um suprimento adequado de aminoácidos. A degradação de proteínas durante estados catabólicos afeta proteínas funcionais, como a miosina, que são utilizadas para satisfazer as demandas mais urgentes de aminoácidos em outros tecidos. Durante a sepse, a está estimulada pelo glicocorticoide cortisol, que ativa a proteólise ubiquitina-dependente. Oxidação de aminoácidos de cadeia ramificada - Todos os tecidos podem interconverter aminoácidos e intermediários do ciclo do TCA por meio das reações das transaminases, ou seja, alanina ↔ piruvato, aspartato ↔ oxaloacetato e alfa-cetoglutarato ↔ glutamato. 1. Primeiro passo é a transaminação dos BCAA a alfa-cetoácidos 2. Os alfa-cetoácidos, são então, liberados no sangue e captados pelo fígado quanto oxidados a CO2 ou glutamina no músculo e em outros tecidos. - As rotas oxidativas dos BCAA convertem o esqueleto de carbono tanto em succinil-CoA quanto em acetil- CoA. Essas rotas geram NADH e FADH2 para a síntese de ATP antes da conversão do carbono em intermediários do ciclo do TCA, fornecendo, assim, energia ao músculo sem perda de carbono como CO2. Conversão de aas de cadeia ramificada em glutamina - Para fornecer o esqueleto de carbono para a formação de glutamina a principal rota de catabolismo de valina e isoleucina no músculo esquelético é entrar no ciclo do TCA como succinil- CoA e sair como alfa-cetoglutarato. Ou podem ser provenientes também dos esqueletos de carbono do aspartato e glutamato.- No ciclo dos nucleotídeos da purina, a desaminação do AMP a IMP libera NH4+. O AMP é ressintetizado com grupos amino fornecidos pelo aspartato. Ciclo glicose- alanina - O nitrogênio proveniente da oxidação de BCAA no músculo esquelético também pode ser transferido de volta para o fígado como alanina, no ciclo glicose- alanina. A alanina liberada pelo músculo esquelético é captada principalmente pelo fígado, no qual o grupo amino é incorporado na ureia, e o esqueleto de carbono pode ser convertido de volta em glicose por meio da gliconeogênese INTESTINO - Durante o jejum, a glutamina é um dos principais aminoácidos utilizados pelo intestino. Os principais destinos do carbono da glutamina no intestino são: Oxidação a CO2 Conversão em esqueletos de carbono de lactato, citrulina e ornitina - O intestino também utiliza aspartato e glutamato da dieta, os quais entram no ciclo do TCA. A importância do intestino no metabolismo de nitrogênio de todo o corpo advém da alta taxa de divisão e morte das células da mucosa intestinal, e da necessidade de provê-las continuamente com aminoácidos para manter as altas taxas de síntese proteica necessárias para a divisão celular. Essas células não são importantes apenas para a captação de nutrientes, mas também para manter uma barreira contra a invasão de bactérias do lúmen intestinal e são, portanto, parte do sistema passivo de defesa FÍGADO - É o principal local do metabolismo e do catabolismo de aminoácidos, síntese de ureia e converte a maioria do carbono dos aminoácidos em intermediários do ciclo do TCA ou da rota glicolítica (os quais podem ser convertidos em glicose ou oxidados a CO2) ou em acetil-CoA e corpos cetônicos. Também converte aminoácidos não essenciais e sintetiza proteínas plasmáticas. ESTADOS DIETÉTICO E FISIOLÓGICO - A taxa e o padrão de utilização de aminoácidos pelos diferentes tecidos mudam com os estados dietético e fisiológico. Existem 2 desses estados que vão diferir do estado pós absortivo em relação à disponibilidade de aas. São eles: Período pós-prandial - Esse é o momento após uma refeição rica em proteína, em que o intestino e o fígado utilizam a maioria dos aminoácidos absorvidos. O glutamato e o aspartato são utilizados como substratos energéticos pelo intestino, e muito pouco deles entra na veia porta. O intestino também utiliza um pouco de BCAA. O fígado capta de 60 a 70% dos aminoácidos presentes na veia porta e a maioria são convertidos em glicose na rota gliconeogênica. - Após uma refeição de pura proteína, os níveis aumentados dos aminoácidos da dieta chegando ao pâncreas estimulam a liberação de glucagon acima dos níveis de jejum, aumentando, portanto, a captação de aminoácidos pelo fígado e estimulando a gliconeogênese. Estados hipercatabólicos - Cirurgia, trauma, queimaduras e estresse séptico são exemplos de estados hipercatabólicos caracterizados pelo aumento da utilização de substratos energéticos e por um balanço nitrogenado negativo. Isso resulta do turnover acelerado de proteínas e de um aumento da taxa líquida de degradação proteica, principalmente no músculo esquelético. DOENÇAS NUTRICIONAIS - Uma dieta saudável deve fornecer: 1. Energia suficiente, na forma de carboidrato, gordura e proteínas, para as necessidades metabólicas diárias do corpo 2. Aminoácidos e ácidos graxos para síntese de proteínas e lipídios 3. Vitaminas e minerais, que funcionam como coenzimas, hormônios ou componentes estruturais (cálcio e fosfato). - Existe a desnutrição primária, na qual 1 ou todos esses componentes estão ausentes da dieta. Já na desnutrição secundária ou condicional, a ingestão de nutrientes é adequada, mas a desnutrição resulta da má absorção dos nutrientes, utilização ou armazenamento deficientes, perda excessiva ou aumento das necessidades dos nutrientes. A desnutrição é generalizada e pode ser grosseira ou sutil, possuindo umas das seguintes causas: Pobreza; ignorância; alcoolismo crônico; doenças agudas e crônicas; restrição dietética autoimposta (p.ex. anorexia). DESNUTRIÇÃO PROTEICO- ENERGÉTICA (DPE) - A DPE grave é uma doença severa e muitas vezes fatal, sendo comum em países pobres, onde até 25% das crianças podem ser afetadas. A DPE se apresenta como uma variedade de síndromes clínicas, as quais são caracterizadas por ingestão dietética de proteínas e calorias insuficiente para atender às necessidades do corpo. Os dois extremos dessas síndromes são conhecidos como marasmo e Kwashiorkor. É importante ressaltar que existem 2 compartimentos proteicos no corpo: Compartimento somático: proteínas dos músculos esqueléticos Compartimento visceral: reservas proteicas nos órgãos viscerais, principalmente no fígado - Esses dois compartimentos são regulados de formas diferentes, sendo o compartimento somático afetado mais severamente no marasmo, e o compartimento visceral esgotado de forma mais severa no kwashiorkor. - As vítimas mais comuns da DPE em todo o mundo são as crianças, sendo que aquela cujo peso diminui em menos de 80% do normal é considerada desnutrida. O diagnóstico pode ser feito de diversas maneiras: Nas formas leves a moderadas, pode-se comparar o peso do corpo para dada altura com tabelas-padrão Avaliar depósitos de gordura, da massa muscular e das proteínas plasmáticas Com perda de gordura, a medida da espessura das dobras cutâneas (pele e tecido subcutâneo) está reduzida. Em caso de catabolismo do compartimento somático, a redução resultante na massa muscular será refletida pela circunferência reduzida na parte média do braço Para avaliar o compartimento visceral, é necessária a medição dos níveis de proteína do soro (albumina, transferrina e outras). MARASMO - A criança é considerada com marasmo quando o peso é reduzido para 60% do normal para o sexo, altura e idade. A criança com essa doença sofre retardo de crescimento e perda de massa muscular, como resultado do catabolismo e depleção do compartimento somático. Já o visceral, que parece ser o mais precioso, sofre apenas uma pequena depleção, por isso os níveis de albumina sérica são normais. Além disso, ocorre uma diminuição da produção de leptina, estimulando o eixo hipotalâmico-hipofisário- suprarrenal a produzir cortisol que contribui para a lipólise, resultando em mobilização da gordura subcutânea como fonte de energia. Dessa forma, as extremidades corporais são extremamente magras, e, em comparação, a cabeça parece ser grande demais para o corpo. - Estão presentes anemia, manifestações de deficiências multivitamínicas e imunodeficiência (mediada pelas células T), por isso é comum a presença de infecções. KWASHIORKOR - Ocorre quando a privação de proteína é relativamente maior do que a redução de calorias totais, sendo que essa é a forma mais comum de DPE observada em crianças africanas que foram desmamadas muito cedo e posteriormente alimentadas, quase exclusivamente, com dieta de carboidratos. Formas menos graves podem ocorrer em todo o mundo, como em indivíduos com estado de diarreia crônica, em que a proteína não é absorvida, ou naqueles com perda crônica de proteína. - Ao contrário do marasmo, a privação de proteína se associa com a perda grave do compartimento visceral, resultando em hipoalbuminemia, que dá origem a um edema generalizado ou dependente. Essa retenção de líquidos (edema) pode mascarar a perda real de peso e a modesta perda da gordura subcutânea e da massa muscular, que são relativamente preservadas. - As crianças com kwashiorkor apresentam lesões cutâneas, com zonas alternadas de hiperpigmentação, descamação e hipopigmentação (pintura descascando). As alterações capilares incluem perda total da cor ou zonas alternadas com cabelos pálidos e maisescuros, alisamento, textura fina e perda de inserção firme ao couro cabeludo. - Outras características que distinguem do marasmo incluem fígado gorduroso aumentado (síntese reduzida do componente das lipoproteínas), desenvolvimento de apatia, indiferença e perda de apetite. Podem estar presentes também deficiências de vitaminas, assim como defeitos na imunidade e infecções secundárias. A inflamação causa pela infecção produz um estado catabólico que agrava a desnutrição. DESNUTRIÇÃO PROTEICO- ENERGÉTICA SECUNDÁRIA - A DPE secundária é comum em pacientes com doenças crônicas ou hospitalizados. Existe uma forma severa chamada de caquexia, que muitas vezes se desenvolve em pacientes com câncer em estágio avançado. Os mecanismos são complexos, mas as “caquetinas” (como o fator indutor de proteólise), que são secretadas por células tumorais, e as citocinas (especialmente o TNF), que são liberadas como parte da resposta do hospedeiro aos tumores avançados, parecem estar envolvidas. Ambas estimulam diretamente a degradação de proteínas do músculo esquelético, e a TNF também estimula a mobilização de gorduras a partir das reservas lipídicas. Principais alterações anatômicas da DPE Insuficiência de crescimento Edema periférico no Kwashiorkor Perda de gordura corporal e atrofia muscular: mais acentuado no Marasmo MICRONUTRIENTES - Durante o jejum prolongado, os depósitos de algumas vitaminas, principalmente as hidrossolúveis (complexo B e vitamina C) não duram durante muito tempo. Consequentemente, depois de 1 semana ou mais de privação alimentícia, deficiências vitamínicas leves começam a surgir e, após várias semanas, grave deficiência vitamínica pode sobrevir. Essas deficiências podem se somar à debilidade que leva à morte. VITAMINAS - Vitaminas são compostos orgânicos necessários em pequenas quantidades para o metabolismo normal e que não podem ser fabricadas pelas células do corpo. As necessidades diárias variam muito, dependendo de fatores como o tamanho corporal, a velocidade do crescimento, a quantidade de exercício e a gestação. Existem as vitaminas lipossolúveis (A, D, E e K), que são absorvidas no intestino delgado junto com as gorduras, e as hidrossolúveis que são absorvidas por transporte mediado. VITAMINA A - Essa vitamina existe nos tecidos animais na forma de retinol e, no caso dos alimentos vegetais, existem provitaminas que formam a vitamina A. Essas provitaminas são os pigmentos carotenoides amarelos e vermelhos que, devido à semelhança com as estruturas químicas vitamina A, podem ser convertidas a ela no fígado. A função básica da vitamina A é o seu uso na formação dos pigmentos retinianos dos olhos, e, consequentemente, pode prevenir a cegueira noturna. Ela também é necessária para o crescimento e proliferação normal dos diferentes tipos de células epiteliais. Quando ocorre carência de vitamina A, as estruturas epiteliais do corpo tendem a ficar estratificadas e queratinizadas, se manifestando por: Descamação da pele e, às vezes, acne Deficiência e cessação do crescimento esquelético Deficiência reprodutiva, associada à atrofia do epitélio germinativo dos testículos e, às vezes, à interrupção do ciclo sexual feminino Queratinização da córnea, com resultante opacificação e cegueira. - A vitamina A tem sido denominada como vitamina anti-infecção, pois na falta dessa vitamina as estruturas epiteliais danificadas frequentemente são infectadas. VITAMINA B1 (TIAMINA) - A tiamina age sob a forma de pirofosfato de tiamina, funcionando como uma carboxilase em conjunto com a descarboxilase proteica, para a descarboxilação do ácido pirúvico e de outros acetoácidos. - A deficiência de tiamina causa diminuição da utilização do ácido pirúvico e de alguns aminoácidos pelos tecidos, mas aumenta a utilização das gorduras, provocando uma doença nutricional chamada beribéri, que possui um quadro relacionando aos sintomas citados a seguir: O SNC depende de forma quase completa do metabolismo dos carboidratos para obtenção de energia e, na deficiência de tiamina, a utilização de glicose pelo tecido nervoso pode estar reduzida por 50% a 60%, sendo substituída pela utilização de corpos cetônicos. Dessa forma, os neurônios do SNS frequentemente apresentam cromatólise e intumescimento durante a deficiência da tiamina. Essa deficiência também pode provocar degeneração das bainhas de mielina das fibras nervosas, tanto nos nervos periféricos quanto no sistema nervoso central. A falta de tiamina também enfraquece o miocárdio, desenvolvendo insuficiência cardíaca. Além disso, pode causar alguns distúrbios do TGI, como: indigestão, constipação grave e anorexia. Todos esses efeitos resultam da insuficiência da musculatura lisa e das glândulas do TGI ao obter energia suficiente do metabolismo dos carboidratos. A cromatólise é a desintegração da cromatina nucelar. VITAMINA B2 (RIBOFLAVINA) - A riboflavina, normalmente se combina nos tecidos com o ácido fosfórico para formar duas coenzimas, a flavina mononucleotídeo (FMN) e a flavina-adenina dinucleotídeo (FAD), que funcionam como transportadores de hidrogênio em importantes sistemas oxidativos das mitocôndrias. A deficiência de riboflavina resulta em uma depressão generalizada dos processos oxidativos no interior das células. Em seres humanos, não existem casos conhecidos de deficiência de riboflavina grave o bastante para provocar debilidades acentuadas, mas a deficiência leve pode provocar: Distúrbios digestivos, sensações de queimação da pele e dos olhos, rachaduras dos cantos da boca, cefaleias, depressão mental e esquecimento. VITAMINA B12 - A vitamina B12 desempenha diversas funções metabólicas, atuando como coenzima aceptora de hidrogênio. Sua função mais importante é reduzir ribonucleotídeos a desoxirribonucleotídeos, passo necessário na replicação genética. Isso explica as funções principais dessa vitamina: 1. Promoção do crescimento 2. Promoção da formação e maturação das hemácias. - Dessa forma, em caso de deficiência de vitamina B12, pode ocorrer a anemia perniciosa, um tipo de anemia causada pela deficiência de maturação das hemácias. - Assim como a vitamina B12, o ácido fólico possui importância na replicação de genes celulares, mas nesse caso, porque ele participa da síntese das purinas e da timina, que formam DNA. Dessa forma, o ácido fólico é um promotor do crescimento ainda mais potente do que a B12. VITAMINA C (ÁCIDO ASCÓRBICO) - O ácido ascórbico é essencial para a ativação da enzima prolil hidroxilase que participa da formação da hidroxiprolina, constituinte integral do colágeno. Dessa forma, essa vitamina é essencial para o crescimento e força das fibras no tecido subcutâneo, cartilagem, ossos e dentes. Sem o ácido ascórbico, as fibras colágenas formadas em praticamente todos os tecidos corporais são defeituosas e fracas. - Uma das doenças mais comuns de ocorrer durante as longas viagens marítimas antigamente é o escorbuto, que possui a incapacidade de cicatrização das feridas como um dos efeitos mais importantes. Isso é provocado pela deficiência das células em depositar fibrilas colágenas. - A carência de ácido ascórbico também provoca a cessação do crescimento ósseo, devido a falta de deposição de colágeno, fazendo com que os ossos fraturem com facilidade no local de crescimento, devido à incapacidade de ossificação. - As paredes dos vasos sanguíneos ficam extremamente frágeis no escorbuto, os capilares são mais propensos à ruptura e, consequentemente, diversas pequenas hemorragias acontecem por todo o corpo. Nos casos de escorbuto extremo, as células musculares às vezes se fragmentam e ocorrem lesões gengivais com perda dos dentes. VITAMINAD - A vitamina D aumenta a absorção gastrointestinal de cálcio, auxiliando o controle da deposição óssea desse mineral. Esse aumento é feito através da promoção do transporte ativo de cálcio através do epitélio do íleo. VITAMINA K - A vitamina K é um cofator essencial para a enzima hepática que adiciona grupo carboxila aos fatores que são importantes para a coagulação do sangue. Sem essa carboxilação, esses fatores de coagulação são inativos, então quando ocorre a deficiência da vitamina K, a coagulação sanguínea é retardada. Uma vez que essa vitamina é sintetizada pelas bactérias no cólon, é raro que a pessoa apresente tendência hemorrágica devido à sua deficiência. SAIS MINERAIS MAGNÉSIO - O magnésio é necessário como catalisador para muitas reações enzimáticas intracelulares, particularmente as relacionadas ao metabolismo dos carboidratos. Aumento da concentração extracelular de magnésio deprime a atividade do sistema nervoso e da contração muscular esquelética. Concentração baixa de magnésio provoca irritabilidade aumentada do sistema nervoso, vasodilatação periférica e arritmias cardíacas. CÁLCIO - O cálcio está presente no corpo, sobretudo sob a forma de fosfato nos ossos. Quantidades excessivas de íons cálcio no líquido extracelular podem provocar parada cardíaca em sístole e agir como depressor mental. Baixos níveis de cálcio podem provocar a ativação espontânea das fibras nervosas, resultando em tetania. FÓSFORO - O fosfato é o principal ânion do líquido intracelular. Os fosfatos têm a capacidade de se combinarem reversivelmente com diversas coenzimas e múltiplos outros compostos que são necessários para a operação dos processos metabólicos FERRO - Dois terços do ferro corporal estão sob a forma de hemoglobina, embora quantidades menores estejam presentes sob outras formas, especialmente no fígado e na medula óssea. Carreadores de elétrons contendo ferro (citocromos) são encontrados nas mitocôndrias de todas as células do corpo, sendo essenciais para a maioria das oxidações que ocorrem nas células. OLIGOELEMENTOS - Alguns elementos estão presentes no organismo em quantidades tão pequenas que são denominados oligoelementos. Três dos mais importantes desses oligoelementos são o iodo, o zinco e o flúor. IODO - Ele é o oligoelemento mais conhecido e é essencial na formação da tiroxina e da triiodotironina, os dois hormônios tireoidianos que são essenciais para a manutenção do metabolismo normal em todas as células corporais. ZINCO - O zinco constitui diversas enzimas, sendo que a mais importante é anidrase carbônica, presente nas hemácias catalisando a combinação do dióxido de carbono com a água. O zinco também é componente da desidrogenase lática sendo, consequentemente, importante para as interconversões entre o ácido pirúvico e o ácido lático. FLÚOR - A presença de pequena quantidade de flúor no organismo, durante o período da vida em que os dentes estão se formando, é de extrema importância na proteção contra as cáries. O flúor se deposita nos cristais de hidroxiapatita do esmalte dentário, com o qual se combina, bloqueando as funções de diversos oligoelementos necessários para a ativação das enzimas bacterianas que causam as cáries. - A ingestão excessiva de flúor ocasiona a fluorose, que se manifesta em sua forma mais branda por manchas dentárias e, em seu quadro mais grave, por ossos aumentados.
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