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Bioquímica Nutricional

Universidade Federal de Minas GeraisInstituto de Ciências Biológicas

Curso de Nutrição

Base bioquímica da digestão eabsorção de macronutrientes

Luciano Alex

Bioquímica Nutricional

Alimentos in natura ou processado

- fonte dos nutrientes necessários ao organismo

- Ingestão entrada de alimento em um organismo

- Digestão quebra das moléculas dos alimentos

- Absorção passagem das moléculas à circulação

- Distribuição oferta de substâncias às células

Histologia Gastrintestinal

Mucosa

Plexo submucoso

Plexo mioentérico

Muscular da mucosa

Tecido. conjuntivo

Peritônio

Músculo circular Músculo longitudinal

Submucosa

CarboidratoMacromolécula formada por C, H e O

Amido Glicogênio

Fibras

Insolúvel fibrosa, possui baixa viscosidade - celulose, hemicelulose e ligninas (cereais – casca do trigo)

Solúveis formam gel em contato com a água

- pectinas, gomas e mucilagens (frutas, vegetais – folículo da casca)

D-glicose -1,4 glicosídicas

CHO não digeríveis -1,4 glicosídicas

Carboidrato

Composição do amido

Amilose

Amilopectina

Cadeia reta, não ramificada, de 250 a 300 resíduos de D-glicopiranose, ligadas por pontes glicosídicas α-1,4.

Menos hidrossolúvel que a amilose, constituída de aproximadamente 1400 resíduos de α-glicose ligadas por pontes glicosídicas α-1,4, e ligações α-1,6.

Digestão dos Carboidratos

Boca

Glândula salivar -amilase

amilose glicose maltose maltotriose dextrina

amilopectina dextrina limite

Digestão dos CarboidratosEstômago

-amilase continua a digestão por até meia hora no interior do bolo alimentar

-amilase inativada pelo baixo pH gástrico

Digestão dos Carboidratos

Intestino

Alimento Pâncreas -amilase

amilase pancreática

-amilase X -amilase pancreática

- Seqüência de aa diferentes - Propriedades catalíticas idênticas - Atuam em pH neutro ou alcalino

continua a digestão do amido e do glicogênio

Digestão dos Carboidratos

Enzimas da borda em escova

Isomaltase intestinal

Dissacaridases

Maltose maltase glicose + glicose

Sacarose sacarase glicose + frutose

Lactose lactase glicose + galactose

-1,6 glicosidase

Glicoamilase isomaltase

AbsorçãoTransportadores de hexoses

- co-transportadores Na+/glicose transporte ativo

SGLT1 (intestino delgado) e SGLT2

- transportadores facilitadores Na+-independentes

Glut 1, Glut 2, Glut 3, Glut 4 e Glut 5 Especificidade dos transportadores de hexoses nos enterócitos

Transportador Glicose Galactose Frutose

SGLT1 + + -

GLUT1 + + -

GLUT2 + + +

GLUT5 - - +

AbsorçãoRegulação fisiológica da absorção de hexoses

Glicose

Difusão facilitada por GUT1

Glicose Galactose

Glicose

GlicoseGalactose

Frutose

Frutose

Frutose

2Na+

2Na+

GlicoseGalactose

Metabolismo

Na+

K+

Na+ / K+ ATPase

Difusão facilitada por GUT5

Difusão facilitada SGLT1

Difusão facilitada por GLUT2

K+

ProteínaMacromolécula formada por até 20 aa diferentesunidos por ligação peptídica.

Proteína degradada em peptídeos e aa

- Enzimas proteolíticas

Endopeptidases Pepsina, tripsina, quimotripsina e elastase

Exopeptidases

Carboxipeptidase A e B C-terminalAminopeptidases N-terminal

cliva ligações no meio da cadeia peptídica

cliva ligações nas extremidades da cadeia peptídica

DigestãoLocalização das células secretoras gástricas

Fossetas gástrica

Células parietais

Células principais

Células endócrinas

Células mucosas

DigestãoMecanismo de estímulo de secreção de ácido

RM: receptor muscarínico, PLG: peptídio liberador de gastrina, Ach: acetilcolina, RCCK-B: receptor de colecistocinina B, RH2: receptor H2 de hitamina, ECS: enterocromafim-símiles

Gastrina

R CCK-B

R MR PLG

RM

GastrinaCélula ECS

Histamina

Mecanorreceptore

ACh

AChR CCK-B

peptídios, aminoácidos Distensão

Célula G

Vago

Gastrina GastrinaSangue

ACh

PLG

R H2

H+

R M Célula ECS

Célula parietal Célula Oxíntica OX

(Visão, cheiro e alimento na boca)

DigestãoControle da secreção de pepsinogênio

R CCK-B R M R PIV R- RST

Gastrina, CCK

ACh PIV, Secretina

Adrenalina, noradrenalina

Somatostatina

Ca+ PKC PKA

AMPC

FLC

DAGIP3

G1

Pepsinogênio

AC

HClpepsina

Fundo e antro

Controle inibitório da secreção ácida

Digestão

R ST-2

R ST-2Célula D Célula G

Somatostatina

Célula ECS

SangueSomatostatina

SomatostatinaSomatostatina

Somatostatina

R CCK-B

Gastrina CCK

H+

DigestãoDuodenoControle da secreção gástrica e pancreática

Secretina

Secretina CCK

CCK CCK

CCK

Secretina

Secretina

Célula S Célula I

Lipídio H+Duodeno

Estômago

11

DigestãoIntestino Controle da secreção exócrina das células acinares e ductais

Secretina secreção do componente aquoso alcalino inibe célula OX

CCK secreção de componentes enzimático contração da vesícula biliar

Somatostatina inibe secreção enzimática e alcalina

exócrina, CCK, secretina e gastrina

DigestãoAção das enzimas pancreáticas

Pró-carboxipeptidase A Pró-carboxipeptidase B

Ala Ile Leu Val

B

Arg Lys His

Trp Tyr Phe

Ala Gly Ser

Arg Lys His

A

Pró-elastaseQuimiotripsinogênioTripsinigênio

QuimiotripsinaTripsina Elastase

enteropeptidase

R O

– NH–C–C

H

R O R O

+H3N–C–C–NH–C–C

H H

R O

– NH–C–C

H

R

– NH–C–COOH–

H

R O

– NH–C–C

H

carboxipeptidase A carboxipeptidase B

DigestãoEnzimas localizadas na borda em escova

- jejuno

local ativo voltado para a luz intestinal

atuam in situ ou na luz intestinal

- leucina aminopeptidase- oligopeptidases- dipeptidil aminopeptidase

Produtos da digestão

aa, dipeptídios, tripeptídios e tetrapeptídios

AbsorçãoAminoácidos

- Jejuno e porção superior do íleo

7 sistemas de transporte na membrana da borda em escova

3 sistemas de transporte na borda basolateral

Difusão passivaaa aa

Na+

Na+

Metabolismo

Na+

K+

Na+ / K+ ATPase

Difusão facilitada transporte ativo aa

aa aa

aa

aa

aa

aa

aa hidrofóbicos triptofano

aa

AbsorçãoPequenos peptídios

Transporte ativo secundário – gradiente eletroquímico

Co-trasportador H+-dependete

aa

K+

Dipeptídio, tripeptídio H+

K+

Na+

Na+

Na+

Na+

H+Dipeptídio, tripeptídio

H+

H+

Dipeptídases

Tripeptídases

aa

Na+/K+ ATPase

AbsorçãoAbsorção de proteínas

Quantidades ínfimas podem ser absorvidas intactas

Ac presente no colostro e leite materno

Ag protéico formação de anticorpos

Posterior contato pode causar sintomas alérgicos

LipídioCompostos insolúveis em água e solúveis em

solventes orgânicos

Triacilglicerol mais abundante e importante - energia - ac. Graxos essenciais - palatabilidade

Fosfolipídios componente estrutural - forma a interface entre água e outros lípides

- fornece colina acetilcolina - libera ac graxo importantes araquidônico

Colesterol formação de bile

Digestão

Alimento Lipídio

Emulsificação

Formação de micelas

Secreção pancreática e biliar

Camada imiscível

Absorção pelo enterócito eFormação dos quilomícrons

Estímulo cefálico Ach

Digestão

Slides complementares

DigestãoControle da secreção gástrica e pancreática

Secretina

Secretina CCK

CCK CCK

CCK

Secretina

Secretina

Célula S Célula I

Lipídio H+Duodeno

Estômago

11

ΘΘ

Secreção pancreáticaSecreção exócrina das células acinares e ductais

Mistura de dois tipos de secreção

- Secreção alcalina Na+, K+, HCO3-, Mg2+, Ca2+,

Cl-

- Secreção enzimática

Secretina secreção do componente aquoso

alcalino inibe célula OX

CCK secreção de componentes enzimático contração da vesícula biliar

Somatostatina inibe secreção enzimática e alcalina

exócrina, CCK, secretina e gastrina

Emulsificação

- Permiti que as enzimas envolvidas cheguem a seus substratos lipídicos

- Processo exige ácidos biliares conjugados, revestindo as gotículas e evitando que coalesça

- Lipases inativada na presença de sais biliares Pâncreas colipase complexo colipase-lipase

< proporção ác.gx hidrossolúvel sangue

> proporção ác.gx e monoglicerídeos insolúveis

Formação da bileA bile é composta de 2 secreções

- hepatócitos

lipídeos, lecitina e bilirrubina

- ductos biliares

- Na+, K+, Cl-, Ca2+

- HCO3- - adequa pH para formação das micelas

e enzimas digestivas no intestino - neutraliza o ácido gástrico no quimo - protege a mucosa contra ulceração

- colesterol, ácidos biliares,

DigestãoEnzimas pancreáticas

Lipases

Colesterol esterase - Caboxil éster hidrolase

H2OH

– OH

DigestãoFosfolipases

Molecular Cell Biology. 4th ed. Lodish, Harvey; Berk, Arnold; Zipursky, S. Lawrence; Matsudaira, Paul; Baltimore, David; Darnell, James E. New York; c2000.

Ligação susceptivel é mostrado em vermelho. R é o grupo polar unido ao fosfato, como a colina na fosfatidilcolina ou inositol no fosfatidilinositol.

Formação de micelasPartículas lipídicas com cerca de 20 moléculas de lipídios

> AGCL, colesterol, fosfolipidios e vit. lipossolúveis

Duodeno ác. biliares e 2-monoacilglicerol

Orientação lipídica Monoacilglicerol e fosfolípides – exterior

Colesterol, AGCL e Vit. Lipossolúveis - interior

---

---

---

- --

---

---

---

- --

ácidos biliares Grupo polar fornece

carga eletrica negativa

Camada imiscível

- Camada de líquido em contato com a superfície

epitelial, que não se mistura com o quimo

- Gradiente de concentração menor na superfície

epitelial

- Gradiente de pH líquido em contato com a superfície epitelial discretamente mais ácido que o quimo

DigestãoAbsorção e formação dos quilomícrons

AG, MG, LFFCol, Vit. A, D, E, K

Camada imiscível

AG, MG, LFFCol, Vit. A, D, E, K

RER

proteína

RELQuilomícron

Linfáticos

TG, FL, ECVit. A, D, E, K

DigestãoSíntese de lipídeos complexos no intestino delgado

Ácido graxo + CoASH + ATP

Acil-S-CoA de lipídeo + H2O + AMP + PP

AcilCoA sintase

Glicerofosfato aciltransferase 2 Acil-S-CoA de lipídeo2 CoASH

Ácido fosfatídico

-glicerolfosfato

Fosfatidato fosfo-hidrolase

Pi

Acil-S-CoA CoASH

Diacilglicerol

Triacilglicerol

Diacilglicerol aciltrasferase

DigestãoSíntese de lipídeos complexos no intestino delgado

Monoacilglicerol aciltrasferse

2-monoacilglicerol + 2 Acil-S-CoA

Triacilglicerol + CoASH

Colesterol aciltrasferase

Lisofosfolipídeo + Acil-S-CoA

Fosfolipídeo + CoASH

Lisofosfolipídeo aciltrasferse

Éster de Colesterol + CoASH

Colesterol + acil-CoA

LipídioEstrutura do Colesterol

LipídioÁcidos biliares

Digestão

Hormônio Local de produção Órgão-alvo Função

Gastrina estômago estômagoEstimula a produção de suco

gástrico.

Secretina intestino delgado pâncreasEstimula a liberação de

bicarbonato.

Colecistocinina intestino delgado pâncreas e vesícula biliar

Estimula a liberação da bile pela vesícula biliar e a liberação de enzimas

pancreáticas.

Enterogastrona intestino delgado estômagoInibe o peristaltismo estomacal

e a produção de gastrina.

Universidade Federal de Minas GeraisInstituto de Ciências Biológicas

Curso de Nutrição

Base bioquímica da digestão eabsorção de micronutrientes

Luciano Alex Santos

Bioquímica Nutricional

Vitaminas

Componente orgânico distinto das gorduras, carboidratos e proteínas

Componente natural dos alimentos, encontrado em quantidades mínimas

Não sintetizando de forma que atenda as necessidades fisiológias

Essencial para a função fisiológica normal (manutenção, crescimento, desenvolvimento e reprodução)

Ausência causa síndrome de deficiência específica

Micronutrientes

Micronutrientes

Minerais

Macrominerais: presente no organismo em proporção

superior a 0,05% e necessidades >100mg/dia

Ex.: Ca, P, Mg, S, Na e K

Microminerais: (oligoelemento ou elemento-traço)

necessários em pequenas quantidades (mg ou mcg)

OMS microminerais essenciais

Ex.: Fe, Zn, Cu, Cr, Mo, I e Se

provavelmente essenciais

Ex.: Mn, Ni, V, Si e B

potencialmente tóxicos

Ex.: Cd, Hg, As, Al, Li, Sn e Pb

Essencial parte de uma estrutura orgânica desempenha uma função vital deficiência causa alteração fisiológica

Micronutrientes

AbsorçãoCálcio

Função: formação de dentes e ossos, transmissão sináptica, permeabilidade de membranas, contração muscular, cofator enzimático (fator IV da coagulação) e secreção glandular

- Absorção toda a extensão do intestino delgado

- Transporte ativo [Ca2+] no quimo (<5mM)

- Difusão passiva [Ca2+]

Mais rápida em conseqüência da propriedade limitadora da velocidade do transporte ativo

Pode ser absorvido contra um gradiente de [ ] 10x maior

AbsorçãoProcesso de absorção estimulado por:

Vitamina D3 (Colecalfiferol)

Vitamina D2 (Ergocalciferol)

Paratormônio 25(OH)D-1-hidroxilase renal

Sais biliares formação de micelas

Vit.D é lipofílica

evita formação de sabões de Ca2+

Fonte: Leite e derivados e vegetais folhosos verdes

1,25-(OH)2D

AbsorçãoProcesso de absorção pelo enterócito

1,25 (OH)2 vit D3

PTH

Calbindina

1,25 (OH)2 vit D3Ca2+

Ca2+ ATPase

Ptn ligadora de cálcio

Ca2+Ca2+

Ca2+

Ca2+

pp

p

p

p

p

p

p

Ca2+

Ca2+

Na+

Na+

BiodisponibilidadeFatores que influenciam sua disponibilidade

pH ácido aumenta sua absorção

Ca:P aumento do P diminui a absorção de Ca

Fitato, oxalato diminui a absorção

Deficiência

Crianças raquitismo

Adultos osteoporose

Ferro

Função:

Componente da hemoglobina, mioglobina, tranferrina, lactotransferrina, ferritina e hemossiderina

- transporte de oxigênio no sangue e músculos

- transferência de elétrons no metabolismo energético

AbsorçãoProcesso de absorção estimulado por:

pH ácido Fe3+ Fe2+

Vitamina C forma quelato solúvel

Gastroferritina mantém o Fe2+ em forma absorvível

Mucina, polipeptídeos (cisteína)

reduz a precipitação do Fe2+ no intestino

Fonte: Carne, peixes e aves, batata, beterraba,

brócoles, tomate, couve-flor e repolho

AbsorçãoIntestino

Ptn ligadora de ferroHeme

Heme

pp

p

p

2 Fe2+

2 Fe2+

2 Fe2+

Secreção

Fe2+

Camada de apoferritina

FerritinaFe2+

Fe2+

Fe2+

Hemoxidase

Heme-(Fe2+) Transferrina

-TFReservatório intracelular

(Xantina oxidase)

BiodisponibilidadeFatores que influenciam sua disponibilidade

Diminuem absorção do Fe

- pH alcalino ou acloridria

- Ptn do leite

- Fitato, fosfato e oxalato

- Tempo rápido de trânsito

Deficiência

Anemia ferropriva (microcítoca e hipocromica)

- fraqueza, fadiga, palidez, dispnéia, parestesia de mãos e pés

Fósforo

Função: Componente dos ossos (hidroxiapatita)

Membrana celular fosfolipídeos

Produção e armazenamento de energia ATP

Ativação enzimática

Regulação ácido-básica

Síntese eritrocitária de 2,3 difosfoglicerato (2,3-DPG) Fonte: Alimentos ricos em proteína e grãos de cereais

Absorção

Toda extensão do intestino delgado

transportadores de fostatos específicos

- Via saturável - transporte ativo - carreadores facilitadores (1,25(OH)2D)

Biodisponibilidade

Aumentada por

- pH estomacal (pH=2,0) e parte proximal do intestino

manutenção da solubilidade

Inibida por

- Ácido fítico

Leite humano X leite de vaca

Maior disponibilidade por conter menos caseína

Vitamina B12

Boca

Proteína R glândulas salivares

Estômago

Proteína

Hc-B12 maior afinidade em pH ácido

Haptocorrina (Hc) receptor R, cobalofilina, Transcobalamina (TC-I)

FI células parietais

Ácido gástrico e pepsinaProteína + B12

Glicoproteína ligadora de cobalamina

Absorção

Duodeno

Hc- B12

FI + B12 FI-B12

FI-B12 absorvidas

Hc-B12 excretadas nas fezes

Remove análogos de vit B12

(formados durante o processamento e

pela microflora intestinal)

pH básico e enzimas pancreáticas Hc + B12

Absorção

Íleo

Sangue TC-II–B12 TC-II–B12

Tecidos

B12

B12 B12

FI —— FI

IFCR

B12 + TC-II

B12 + TC-I

TC-I–B12

TC-II–B12

TC-I–B12TC-I–B12

Fígado

Slides complementares

Grupo heme

Vitamina B12

Ligante axial