Aula8_Metabolismo_parte1

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Ensino de Química 
 
Disciplina: Corpo Humano 
 
 
Tópico: Nós somos o que comemos: metabolismo e estratégias tróficas 
 
Objetivo: Compreender as vias metabólicas fundamentais realizadas por humanos e 
as principais estratégias tróficas adotadas por seres vivos. 
Nós somos o que comemos. De fato, muito da nossa composição física, 
estado nutricional e até da capacidade cognitiva depende dos nutrientes que ingerimos 
e das transformações químicas que se estabelecem nesse grande meio reacional que é 
o corpo humano. Estudar as reações metabólicas desenvolve uma série de 
competências acadêmicas e práticas, uma vez que a todo momento somos 
bombardeados com diferentes tipos de dietas milagrosas de emagrecimento, como low 
carb, dieta da proteína, dos pontos; suplementação para hipertrofia muscular em 
academias de musculação, como BCAA, Carnitina, Whey protein e por aí vai... Além 
disso, entender como o corpo regula tantas reações, atendendo a uma série de 
demandas simultâneas, possíveis pela compartimentalização do organismo humano, 
produz em nós uma noção do que são processos acoplados energeticamente, 
otimização de reações, fenômenos de transporte, entre outros. Também é possível 
entender como fármacos interagem com nossas enzimas e receptores, como o corpo 
os biotransformam e como o efeito terapêutico se estabelece (Pereira, 2007). Esse 
interessante artigo está disponível como material complementar no Repositório da 
disciplina, sob o nome: metabolismo_farmacos.pdf. 
O metabolismo é o conjunto de reações químicas do corpo que servem ao 
propósito de nutri-lo, capacitando-o a crescer e desempenhar plenamente as suas 
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funções. As reações exergônicas de quebra de macromoléculas por vias oxidantes são 
chamadas conjuntamente de catabolismo. Elas fornecem energia para processos 
endergônicos, como contração muscular, transporte de substâncias contra o gradiente 
(transporte ativo) e para a síntese redutora de macromoléculas, a fim do corpo guardar 
nutrientes para os “tempos de vacas magras”. Estas reações biossintéticas constituem 
o anabolismo (Arêas Dau, 2015). Para um bioquímico, a definição de vida reside 
justamente nestas vias de reações catabólicas e anabólicas que fazem parte de uma 
intricada rede de inter-relações, constituindo o que chamamos de mapa metabólico, 
visto na figura 1. Claro que a figura não mostra as reações de forma inteligível, até 
porque não é essa a intenção. Pretendo demonstrar a vocês que o metabolismo 
humano apresenta um nível de complexidade e refinamento compatível com o lugar de 
destaque que humanos ocupam na biosfera. 
Figura 1: Mapa metabólico humano. A via central em amarelo é composta pelas reações catabólicas da 
glicose (glicólise) e passos subsequentes: Ciclo de Krebs, Fosforilação Oxidativa e Cadeia de Transporte 
de Elétrons. Figura retirada de Voet et al., 2012. 
 
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As principais vias metabólicas são as que degradam os nutrientes mais 
abundantes da dieta de humanos: carboidratos, lipídeos e aminoácidos. Destas, a 
preferencial no metabolismo é a de carboidratos, especialmente, glicose. Quando este 
açúcar está presente, os lipídeos são armazenados e os aminoácidos advindos da 
quebra das proteínas da dieta são utilizados para fazer a renovação das proteínas 
musculares. O excesso de aminoácidos é eliminado, pela excreção do nitrogênio, na 
forma de ureia, e, pelo reaproveitamento do esqueleto carbônico em outros compostos. 
As três vias se unem no Ciclo de Krebs, que gera coenzimas reduzidas, cuja 
reoxidação posterior resulta na liberação de ATP, a nossa moeda energética. As 
etapas subsequentes, a Cadeia de transporte de elétrons e a Fosforilação Oxidativa 
são as responsáveis diretas pela produção desse composto energético. Veremos todos 
estes processos na próxima aula. 
A relação energética geral entre as vias catabólicas e anabólicas pode ser vista 
na Figura 2. A energia vinda da oxidação de compostos orgânicos, como em humanos, 
ou de reações fotoquímicas por meio da excitação das moléculas de clorofila, em 
organismos fotossintetizantes como as plantas, é a força motriz dos processos 
endergônicos. Este é o segredo do perfeito funcionamento de organismos superiores 
eucarióticos, os multicelulares. 
Figura 2: Relações energéticas entre catabolismo e anabolismo. Processos anabólicos utilizam 
pequenas moléculas e energia química vinda da oxidação de compostos orgânicos, em humanos, ou da 
absorção de luz UV, em bactérias e vegetais. Figura retirada de Arêas Dau, 2015. 
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Comentamos que alguns seres, como humanos, obtêm energia de compostos 
obtidos da dieta e os seres fotossintetizantes absorvem luz, que provê a energia para 
processos endergônicos poderem ocorrer. Estas diferentes abordagens adotadas por 
estes organismos são chamadas de estratégias tróficas. 
Com base nestas estratégias, os seres podem ser classificados, quanto à forma 
de obtenção de energia, em autótrofos e heterótrofos. Os autótrofos são aqueles que 
produzem suas moléculas complexas a partir de entidades moleculares bem menores, 
disponíveis na natureza, como H2O, CO2, H2S e NH3. Estes seres podem ser 
subdivididos em quimiolitotróficos e fotoautotróficos. Os primeiros utilizam a oxidação 
de compostos inorgânicos, como Fe2+, NH3 e H2S para obterem energia. Em geral, 
estes seres são microrganismos. As bactérias fotossintetizantes (cianobactérias) e os 
vegetais constituem o grupo dos fotoautótrofos. Nestes seres, o CO2 é utilizado como 
fonte de carbono para a síntese de carboidratos, por meio do uso da energia fornecida 
pela luz solar. Esses carboidratos são oxidados da mesma forma que em humanos, 
pelas vias catabólicas que veremos na próxima aula. 
Nós, humanos, nos enquadramos nos seres heterótrofos, que são incapazes 
de fixar CO2 atmosférico para construir os compostos orgânicos fundamentais 
produtores de energia. Por isso, devemos obter esses compostos da dieta, 
monossacarídeos como glicose, frutose, galactose; lipídeos na forma de triacilgliceróis 
e ácidos graxos, além de proteínas, a fim de produzirmos energia pelo catabolismo. 
Existem vias de síntese desses compostos em seres humanos, não a partir de CO2 
atmosférico, mas partindo de outros compostos orgânicos. Entretanto, é 
energeticamente mais interessante obtê-los de forma substancial da dieta, pela alta 
disponibilidade. Para se ter uma ideia da extensão da complexidade das reações 
metabólicas em humanos, nós possuímos aproximadamente 22 mil genes, dos quais 5 
mil estão relacionados de alguma forma ao metabolismo (Arêas Dau, 2015). 
Tanto a fotossíntese quanto a oxidação de compostos orgânicos, como forma de 
produção de energia, são processos verificados já nos primórdios da evolução dos 
seres. Entretanto, a oxidação utilizando o O2 como aceptor de elétrons é mais recente 
e, só foi possível quando finalmente a ação de seres fotossintetizantes gerou uma 
atmosfera relativamente estável desse gás, como vimos na Aula 1. 
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O uso de O2 como agente oxidante gera outro sistema de classificação 
relevante. Com base nisso, os seres podem ser divididos em anaeróbios e aeróbios. 
Os anaeróbios, que usam outras fontes de agente oxidante, podem ser subdivididos 
em facultativos e obrigatórios. Os facultativos podem crescer na ausência e na 
presença de O2, como a bactéria de vida livre Escherichia coli. Os obrigatórios são 
aqueles que não toleram oxigênio, ou seja, são “envenenados” por ele. O metabolismo 
dessas espécies lembra bastante o de formas de vida mais primitivas, quando a 
atmosfera de O2 ainda não estava estabelecida. E onde nós humanos nos 
enquadramos? Como devem ter deduzido, nos seres aeróbios. Todos os animais estão 
nessa categoria, caracterizada pela absoluta necessidade de utilizar O2 como agente 
oxidante nas reações das vias metabólicas de degradação (catabólicas). 
A via metabólica é o equivalente biológico de um esquema de síntese na 
QuímicaOrgânica. Uma via consiste em uma série de reações sequenciais, nas quais 
o produto de uma reação torna-se o substrato da seguinte. Algumas vias são curtas, 
podendo conter duas reações, enquanto outras podem ser compostas por uma dúzia 
de passos (Arêas Dau, 2015). Um composto formado ou consumido em uma reação do 
metabolismo é chamado de metabólito. Um metabólito pode ser substrato em várias 
reações ou ser formado em vários processos reacionais de vias distintas. Isso é o que 
caracteriza a integração do metabolismo, por essa razão, o mapa metabólico de 
qualquer ser vivo e, especialmente o de humanos, é uma rede ultra-ramificada cheia de 
conexões, como nós vimos na figura 1. A divisão das conversões em etapas faz com 
que as vias sejam eficientes, devido a diversos fatores: acoplamento perfeito entre a 
energia liberada de processos catabólicos e o processo de síntese anabólico, de modo 
que não haja desperdício de energia; respeito ao modo de trabalho de cada enzima, 
que são específicas para determinadas reações e, controle absoluto da via, que resulta 
em otimização fisiológica. 
As vias podem ter diversos formatos, conforme as características de formação 
de seus produtos. Nas vias lineares, o produto de uma reação é o substrato da próxima 
e não há reposição daquele metabólito. Nas cíclicas, os intermediários são repostos 
nas rodadas seguintes, como em um ciclo. Já nas espirais, as mesmas enzimas 
continuam fazendo idênticas reações em sequência, como no alongamento de uma 
cadeia. Exemplos de vias nos 3 formatos podem ser vistos na figura 3. 
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Figura 3: Exemplos de vias linear, cíclica e espiral. Em a), na síntese de serina, uma via linear, os 
produtos são reagentes da próxima etapa e não há reposição de metabólitos. Em b), observa-se a via 
cíclica de conversão de Acetil-CoA no Ciclo de Krebs em reações sucessivas que repõem intermediários 
nas rodadas seguintes. Em c), observa-se a via espiral de alongamento da cadeia de acila, na qual as 
enzimas fazem as mesmas reações sucessivamente aumentando a mesma molécula. Figura retirada de 
Arêas Dau, 2015. 
 
 
Desenvolver essas vias metabólicas, com diversos pontos de controle, que 
serão brevemente mostrados na próxima aula, permitiu a sofisticação dos seres que 
encontramos hoje. Portanto, estudar metabolismo, de um ponto de vista molecular, nos 
ajuda a vislumbrar o caminho complexo e longo que a evolução no nosso planeta tem 
percorrido desde as primeiras formas de vida. Então, guardem esses conceitos e 
preparem-se para as principais vias metabólicas, assunto da próxima aula. Até lá! 
 
 
 
 
 
 
 
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Referências 
 
Arêas Dau, A.P.M. Bioquímica Humana, 1 ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 
2015. 
Berg, J.M.; Tymoczko, J.L. e Stryer, L. Biochemistry, 5 ed. Estados Unidos da América: 
WH Freeman e Company, 2002. 
Pereira, D.G. Importância do metabolismo no planejamento de fármacos. Química 
Nova, v. 30, n. 1, p. 171-177, 2007. 
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Voet, D.; Voet, J. e Pratt, C.W. Fundamentals of Biochemistry: Live at the molecular 
level, 4 ed. Estados Unidos da América: Wiley, 2012.