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Introdução ao Metabolismo

Mapa 1

AAlliimmeennttooss

Polissacarídeos

Proteínas

glicose aminoácidos ácido graxo

Lipídios

CO2

NADH

FADH2

CO2

ADP+Pi

O2

NAD+

FAD

ATP

Mapa 2

Citrato(6)

Isocitrato(6)

-cetoglutaratoato(5)

Succinato(4)

Fumarato(4)

Malato(4)

Oxaloacetato(4)

CO2

CO2

Asp Gly

Ala

Ser

Cys

Leu

Ile

Lys

Phe

Glu

Piruvato

(3)

CO2

AAcceettiill--CCooAA

((22))

CO2

glicose aminoácidos

Polissacarídeos Lipídeos

ácido graxo

Proteínas

METABOLISMO- Conceitos fundamentais e estudos dirigidos

M1 INTRODUÇÃO AO METABOLISMO

A - MAPA I: DEGRADAÇÃO (OXIDAÇÃO) DE ALIMENTOS:

1. Qual a finalidade biológica dos processos descritos no mapa?

2. Analisar a função das coenzimas e do oxigênio na oxidação dos alimentos.

3. Quais os compostos aceptores de hidrogênio? Quais os compostos necessários

para a conversão da forma reduzida das coenzimas na forma oxidada?

B - DISCUTIR AS SEGUINTES AFIRMAÇÕES:

4. A energia dos alimentos é obtida por oxidação. A oxidação biológica consiste na

retirada de hidrogênio (H2) do substrato.

5. Os processos celulares que requerem energia utilizam a energia térmica

proveniente da oxidação dos alimentos.

6. Uma parte da energia derivada da oxidação de alimentos é usada para sintetizar

um composto rico em energia, o ATP. A única função dos alimentos é fornecer

energia.

7. Os compostos característicos de um dado organismo devem ser supridos pela

dieta.

C - MAPA II:

8. Quais são os passos irreversíveis que aparecem no mapa anexo? Qual o primeiro

composto comum à degradação de proteínas, lipídios e carboidratos?

9. Animais de laboratório foram submetidos a dietas compostas exclusivamente de

carboidratos, lipídios, ou proteínas. Estes três tipos de compostos são essenciais

para a sobrevivência. Não havendo outras restrições na dieta, prever que grupo

de animais sobreviveria, verificando se é possível sintetizar:

a) ácido graxo a partir de glicose

b) proteína a partir de glicose

c) glicose a partir de ácido graxo

d) proteína a partir de ácido graxo

e) glicose a partir de proteína

f) ácido graxo a partir de proteína

Indicar no mapa a via utilizada em cada item.

O SENTIDO DAS REAÇÕES

Conceitos Fundamentais

Energia Livre de Gibbs - Mede a quantidade de energia utilizada pelos seres

vivos para realizar trabalho em condições de temperaturas e pressão constantes. É

representada pelo símbolo G.

Variação de Energia Livre (de uma reação química)- Se refere à diferença

entre o conteúdo de energia de reagentes e produtos, que acompanha qualquer

reação química.

G°’ - O sinal atribuído ao G°’ indica o sentido em que a reação tende a

ocorrer em condições padrão (pH 7,0; concentração de reagentes e produtos de 1M;

temperatura de 273 K, pressão de 1 atmosfera).

Nas células, reações com G>0, que não aconteceriam espontaneamente,

passam a acontecer se forem acopladas a reações com G<0 e a somatória das duas

reações produzir um G<0.

Compostos ricos em energia são compostos que contém uma ligação química

(muitas vezes a ligação da qual faz parte o grupamento fosfato), cuja hidrólise

(quebra) é acompanhada de uma grande liberação de energia. Quando o G°’ da

reação de hidrólise de dado composto é negativo e tem valor absoluto maior que

25 kJ/mol o composto é classificado como rico em energia. Procurar no livro texto

uma tabela de compostos ricos em energia.

Nas reações de óxido-redução, para um composto ser oxidado (perder elétrons

ou átomos de hidrogênio) algum outro composto tem que necessariamente ser

reduzido (ganhar elétrons ou átomos de hidrogênio).

A tendência de um par redox ganhar ou perder elétrons é determinada pelo valor

do potencial de óxido-redução padrão (E°) de cada par.

Questões

1. Desenhe a estrutura do ATP. Aponte na estrutura química da molécula de ATP,

os componentes responsáveis por seu nome: adenosina trifosfato. Explique porquê o

ATP é um composto rico em energia.

2. Leia sobre variação de energia livre em reações de óxido-redução e explique

como se pode medir o potencial redox de determinada reação.

3. A uma solução com concentração 1M de NAD+, NADH, piruvato e lactato,

adicionou-se lactato desidrogenase. O potencial de óxido-redução padrão (E°) dos

sistemas NAD+/NADH e piruvato/lactato é igual a –0,32V e –0,19V,

respectivamente.

a) Em que sentido ocorrerá a reação?

b) Como variam os potenciais de óxido-redução dos sistemas à medida que

a reação ocorre?

c) Em que condições a reação atingirá o equilíbrio? Qual o valor do

potencial de óxido-redução dos dois sistemas nesta situação?

d) Qual o valor G’ da reação?

M2

GLICÓLISE / DESTINOS DO PIRUVATO

Conceitos fundamentais

Glicose: principal substrato oxidável para a maioria dos organismos; única fonte de

energia utilizável pelas hemácias e tecido nervoso.

A glicólise é uma via de degradação da glicose que ocorre no citossol de células

procarióticas e eucarióticas.

A glicólise é uma seqüência de 10 reações catalisadas por enzimas, por meio das

quais uma molécula de glicose (6C) é convertida a duas moléculas de piruvato (3C),

com a produção líquida de dois ATPs e a redução de dois NAD+ a dois NADH.

No primeiro estágio da glicólise, a glicose é fosforilada pela hexoquinase originando

glicose-6-fosfato; esta é isomerizada pela fosfoglicose-isomerase produzindo

frutose-6-fosfato que é então fosforilada pela fosfofrutoquinase formando frutose-

1,6-bisfosfato. Sua clivagem pela aldolase produz duas trioses: gliceraldeído-3-

fosfato e diidroxiacetona-fosfato, que são interconvertidas pela triose-fosfato-

isomerase. Essas reações consomem 2 ATP por glicose.

No segundo estágio da glicólise, o gliceraldeído-3-fosfato é fosforilado pela

gliceraldeído-3-fosfato-desidrogenase, formando o 1,3-bisfosfoglicerato que é

defosforilado pela fosfoglicerato-quinase para produzir ATP. O 3-fosfoglicerato é

isomerizado pela fosfoglicerato-mutase produzindo 2-fosfoglicerato que é

desidratado pela enolase levando à formação de fosfoenolpiruvato, que sofre

defosforilação pela piruvato-quinase produzindo um segundo ATP e um piruvato.

Esse estágio produz 4 ATP por glicose, entretanto, descontando os ATP usados para

as fosforilações iniciais da via, houve um rendimento líquido de 2 ATP por glicose.

Em condições anaeróbicas (fermentação), o piruvato é reduzido pelo NADH a

lactato regenerando NAD+ para prosseguimento da glicólise (fermentação lática).

Na fermentação alcoólica, o piruvato é descarboxilado formando acetaldeído e este

recebe os elétrons provenientes do NADH. O acetaldeído é reduzido a etanol

recebendo o hidrogênio do NADH que se reoxida.

As reações da via glicolítica catalisadas pela hexoquinase, fosfofrutoquinase e

piruvato-quinase são irreversíveis.

Os possíveis destinos do piruvato são: 1) via aeróbica completa após

descarboxilação oxidativa e formação de acetil-CoA para entrada em Krebs; 2)

fermentação lática (músculo); 3) fermentação alcoólica (leveduras ou bactérias).

Questões

1. Escreva as reações da glicólise mostrando as fórmulas estruturais dos intermediários

e os nomes das enzimas que catalisam as reações.

2. Baseado no mapa da glicólise, responda as seguintes questões:

a. Qual a finalidade da via glicolítica?

b. Escreva a reação de oxidação da coenzima NADH (nicotinamida-adenina-

dinucleotídeo) apresentando as estruturas químicas completas.

c. Qual(is) o(s) composto(s) que aceitam os átomos de hidrogênio na via

glicolítica?

d. Escrever as reações de óxido-redução que ocorrem na via glicolítica

identificando os pares redox, compostos oxidados e compostos reduzidos nessas

reações.

e. Associar formação de ATP e reações de óxido-redução.

f. Quais são os passos irreversíveis da glicólise?

3. Indicar os compostos ricos em energia formados na glicólise.

4. Descrever os três possíveis destinos do piruvato.

5. Indicar os principais tipos de reação encontrados na via glicolítica. Esses tipos serão

comuns a diversas vias metabólicas que serão estudadas mais adiante.

6. Discutir se é verdadeiro ou falso:

( ) A quantidade de NAD+ é um dos limitantes da glicólise.

( ) Quando a razão ATP/ADP está baixa, a via glicolítica está inibida.

7. Quantas moléculas de piruvato se formam a partir de uma molécula de glicose?

8. Verificar na via metabólica os compostos que apresentam ligações do tipo: a)

fosfoenol, b) anidrido fosfórico, c) éster fosfórico.

9. Identificar também as reações catalisadas pelas seguintes enzimas: a) quinase, b)

mutase, c) isomerase, d) aldolase, e) desidrogenase.

10. Considerando o número de moléculas de ATP consumidas e formadas, estabelecer o

saldo final de ATP na oxidação de uma molécula de glicose pela via glicolítica.

11. Citar os compostos que devem ser fornecidos à via glicolítica para haver formação

de lactato (iniciar a via) ou mantê-la em funcionamento.

12. Esquematizar as reações de fermentação alcoólica que possibilitam a obtenção de

NAD+ na forma oxidada. Citar exemplos de tecidos ou organismos onde ocorrem

fermentação lática e alcoólica. Em que condições o músculo oxida glicose a lactato?

Formação de Acetil-CoA

13. Escrever a reação de formação de acetil-CoA a partir de piruvato e indicar: a) as 5

coenzimas necessárias, b) as vitaminas envolvidas e c) a sua localização celular

14. Esquematizar as reações que permitem a oxidação de etanol a acetil-CoA.

15. Quando glicose é metabolizada a acetil-CoA, citar o número de moléculas de ATP,

NADH e CO2 formadas.

Sentido das reações da via glicolítica em condições fisiológicas e regulação da via

1. Reações irreversíveis possuem G 0.

2. Reações reversíveis possuem G ~ 0.

3. O controle de uma via metabólica ocorre sempre através do controle das etapas

irreversíveis dessa via.

4. Para controlar dada reação irreversível deve-se controlar a enzima que a catalisa.

5. As enzimas podem aumentar ou diminuir suas atividades de acordo com o meio

ambiente onde se encontram. Por exemplo, a fosfofrutoquinase torna-se

praticamente inativa quando há abundância de ATP na célula.

Estudo dirigido

1. Determinar o sentido das reações da via glicolítica.

2. Discutir porque etapas irreversíveis em geral estão acopladas ao gasto de ATP.

3. Como fatores alostéricos regulam enzimas?Quais as enzimas que são reguladas

por fatores alostéricos na via glicolítica?

4. Discutir como a glicólise é regulada a partir do mapa metabólico geral.

M3

GLICONEOGÊNESE E CICLO DE CORI


Os principais reagentes que irão produzir glicose pela gliconeogênese são:

1)lactato; 2)aminoácidos conversíveis a piruvato; 2) aminoácidos conversíveis a

oxaloacetato; 3) glicerol conversível a dihidroxicetona fosfato.

A conversão dos reagentes da gliconeogênese a glicose requer substituição de

enzimas da glicólise que catalisam etapas irreversíveis. A piruvato-carboxilase e

a fosfoenolpiruvato-carboxiquinase substituem a piruvato-quinase. A frutose-

1,6-bisfosfatase substitui a fosfofrutoquinase. A glicose-6-fosfatase substitui a

hexoquinase.

A regulação da glicólise e da gliconeogênese é recíproca: se uma via está ativada

a outra estará desativada. A gliconeogênese é favorecida e a glicólise é

desfavorecida, quando a célula está com carga energética alta. A gliconeogênese

é regulada por alterações na síntese das enzimas e por efetuadores alostéricos,

incluindo a frutose-2,6-bisfosfato, que inibe a frutose-1,6-bisfosfatase (enzima

da gliconeogênese) e ativa a fosfofrutoquinase (enzima da glicólise).

Estudo dirigido

1. Definir gliconeogênese. Citar o tecido responsável pela gliconeogênese.

2. Observar a Figura 11. 17 com o esquema da lançadeira malato-aspartato.

Identificar na capa da apostila a mesma lançadeira. Porque a lançadeira malato-

aspartato é importante para a gliconeogênese? Qual o nome das enzimas

importantes para a conversão de aminoácidos como o aspartato em piruvato?

3. Comparar as três reações irreversíveis da glicólise com as reações da

gliconeogênese que as substituem, quanto a reagentes, produtos, enzimas e

coenzimas.

4. Porque o fosfoenolpiruvato é um composto rico em energia? Dar a base

estrutural para a ocorrência de ligação altamente energética.

5. Comparar a estequiometria da glicólise e a da gliconeogênese e explicar porquê

uma simples reversão da glicólise não foi o esquema adotado pela natureza para

obtenção de glicose. Explicar através de energética das vias.

6. O que é o ciclo de Cori?

M4

VIA DAS PENTOSES


Muitas funções celulares que envolvem reações endergônicas são efetuadas

graças à hidrólise exergônica de ATP. Outras reações endergônicas, como a

síntese de ácidos graxos e colesterol e a fotossíntese, requerem NADPH, que

tem um grande poder redutor.

O grupo fosforila no carbono 2 de uma das unidades de ribose do NADPH o

diferencia de NADH. NADH é oxidado pela cadeia respiratória para gerar ATP,

enquanto que NADPH serve como um doador de elétrons em reações

biossintéticas redutoras.

Na via das pentoses, NADPH é gerado quando a glicose-6-fosfato é oxidada a

ribose-5-fosfato, que é um açúcar de 5 carbonos, componente de vários

compostos importantes, como ATP, CoA, NAD+, FAD, RNA e DNA.

A via das pentoses também catalisa a interconversão de açúcares de 3, 4, 5, 6 e 7

carbonos, em uma série de reações não oxidativas que ocorrem no citosol.

As reações da via das pentoses são as seguintes:

glicose-6-fosfato é desidrogenado e convertido a ribulose-5-fosfato, em três

reações, produzindo 2 NADPH + H+.

ribulose-5-fosfato é isomerizada a ribose-5-fosfato.

Nestas reações, 2 NADPH + H+ e uma ribose-5-fosfato são gerados para cada glicose-

6-fosfato oxidada.

ribose-5-fosfato é convertida a gliceraldeído-3-fosfato e frutose-6-fosfato pela

transcetolase e transaldolase. A transcetolase catalisa a transferência de unidades

de C2 de uma cetose para uma aldose. A transaldolase transfere unidades de C3

de uma aldose para uma cetose.

As reações de transcetolase e transaldolase criam uma ligação reversível entre a

via das pentoses e a via glicolítica. O resultado dessas reações é a formação de 2

hexoses e 1 triose a partir de 3 pentoses:

C5 + C5 C3 + C7 Transcetolase

C7 + C3 C4 + C6 Transaldolase

C5 + C4 C3 + C6 Transcetolase

O excesso de ribose-5-fosfato formado pela vias das pentoses pode ser

completamente convertido em intermediários da via glicolítica.

A primeira reação da via das pentoses, a desidrogenação da glicose-6-fosfato, é

praticamente irreversível. E é essa a reação em que a via das pentoses é

controlada. O fator regulatório mais importante é o nível de NADP+, o receptor

de elétrons na oxidação da glicose-6-fosfato a 6-fosfogluconolactona. Além

disso, NADPH compete com NADP+ pela ligação à enzima. A parte não

oxidativa da via das pentoses é controlada principalmente pela disponibilidade

de substratos.

A via percorrida pela glicose-6-fosfato depende da necessidade celular de

NADPH + H+, ribose-5-fosfato e ATP:

Quando muito mais ribose-5-fosfato é requerida que NADPH + H+, a maior parte

de glicose-6-fosfato é convertida a frutose-6-fostato e gliceraldeído-3-fosfato pela

via glicolítica, a transaldolase e a transcetolase convertem esses em ribose-3-

fosfato.

Quando a necessidade de NADPH + H+ e ribose-5-fosfato estão balanceadas, a

reação predominante é a formação de 2 NADPH e uma ribose-5-fosfato de

glicose-6-fosfato pela fase oxidativa da via das pentoses.

Quando muito mais NADPH + H+ é requerido que ribose-5-fosfato, a glicose-6-

fosfato é completamente oxidada a CO2, ou convertida a piruvato.

Estudo dirigido

1.Mostre a parte oxidativa do ciclo das pentoses com as equações das reações

envolvidas, indicando os agentes oxidantes e a origem do carbono presente no CO2

liberado.

2.Compare NADH e NADPH, indicando suas funções no metabolismo de carboidratos.

Explique porque a via da pentose-fosfato é muito mais ativa no tecido adiposo que no

músculo.

3.Quando há necessidade de NADPH, o ciclo das pentoses pode funcionar dando um

resultado líquido que equivale à oxidação total de glicose a CO2. Explique este processo

através das respectivas reações estequiometricamente equilibradas.

4. Ribose 5-fosfato pode ser obtida para a síntese de nucleotídeos através da via das

pentoses, com ou sem oxidação da glicose. Mostre como isso é possível com as

respectivas equações químicas.

5.Explique como a via da pentose–fosfato é controlada, tendo em vista que grande parte

das reações dessa via é reversível.

6.Compare as reações catalisadas por transaldolases e transcetolases, indicando

reagentes, produtos e a natureza das reações.

M5

Metabolismo de ácidos graxos

Biosíntese de ácidos graxos

Conceitos Básicos

1. Na síntese de ácidos graxos, a acetil-CoA mitocondrial é translocada ao citosol via

sistema de transporte de tricarboxilato e ativada a malonil-CoA pela ação de acetil-

CoA-carboxilase.

2. Uma série de atividades enzimáticas, que em mamíferos estão contidas em uma

enzima homodimérica multifuncional, estende cadeias acil-ACP (ACP é o grupo

carreador de acila) em dois carbonos por vez. Um grupo acila ligado à enzima e uma

malonil-CoA condensam-se para formar um intermediário -cetoacil e CO2. Duas

reduções e uma desidratação fornecem uma acil-ACP em uma série de reações

similares ao reverso da -oxidação, mas são catalisadas por enzimas distintas no

citosol. O palmitato (C16), o produto normal da biossíntese de ácidos graxos, é

sintetizado em sete desses ciclos de reações, sendo, então, hidrolisados da ACP por

uma tioeterase.

3. As rotas opostas de degradação e síntese de ácidos graxos são reguladas por

hormônios. O glucagon e a epinefrina ativam a lípase sensível a hormônio no tecido

adiposo, aumentando o suprimento de substrato para a acil-CoA-carboxilase. A

insulina tem o efeito oposto. Os hormônios também regulam os níveis de acetil-

CoA-carboxilase e do ácido graxo sintase controlando a taxa de biosíntese dessas

enzimas.

Estudo dirigido

Síntese de ácidos graxos

01. Relacionar o nível de citrato com o nível de ATP na mitocôndria.

02. Esquematizar a reação catalisada pela citrato liase.

03. Esquematizar as reações que permitem a transferência de acetil-CoA da mitocôndria

para o citossol, mostrando a regeneração do oxaloacetato mitocondrial, com

participação da enzima málica.

04. Escrever a reação catalisada pela acetil-CoA carboxilase. Citar as coenzimas

envolvidas na reação e os efetuadores alostéricos dessa enzima.

05. Citar as proteínas componentes do complexo multienzimático de síntese de ácidos

graxos.

06. Definir ACP e comparar sua função com a da coenzima A.

07. Analisar as reações que levam à formação de um ácido graxo a partir de acetil-CoA

e malonil-CoA no complexo multienzimático.

08. Citar o agente redutor na biossíntese de ácidos graxos e as suas fontes.

09. Indicar a localização celular da biossíntese de ácidos graxos.

10. Citar tecidos onde ocorre essa biossíntese.

11. Indicar o composto presente nos depósitos do tecido adiposo e as reações que levam

à sua síntese.

12. Esquematizar a via de síntese do glicerol-fosfato, precursor de triacilgliceróis.

13. Definir ácido graxo essencial. Citar exemplos indicando o número de insaturações.

14. Escrever a estrutura química dos corpos cetônicos, o órgão e as condições que

determinam sua síntese.

15. Analisar as reações que levam à sua produção.

16. Esquematizar as reações que permitem o aproveitamento dos corpos cetônicos. Citar

os tecidos onde ocorrem essas reações.

17. Indicar as condições metabólicas que levam a um aumento na produção de corpos

cetônicos.

18. Citar as consequências de uma produção excessiva de corpos cetônicos.

19. Descrever as alterações metabólicas decorrentes da falta de insulina (diabetes).

20. Citar o precursor básico e as coenzimas necessárias para a síntese de colesterol.

Analisar a regulação desta via.

21. Citar compostos derivados do colesterol.

22. Verificar a ação do glucagon e adrenalina no metabolismo de triacilgliceróis.

22. A insulina estimula a síntese de triacilgliceróis. Explicar porque.

Beta-oxidação de ácidos graxos


A digestão de triacilgliceróis depende da atividade emulsificante dos ácidos

biliares e da ativação de lipases na interface lipídeo-água. Depois de serem

absorvidos, os produtos da digestão de lipídeos são arranjados em lipoproteínas

para transporte aos tecidos pela corrente sanguínea.

Triacilgliceróis são lipídeos formados pela esterificação dos ácidos graxos pelo

glicerol, são muito abundantes na dieta e constituem a forma de armazenamento

de todo o excesso de nutrientes. A vantagem de se armazenar lipídeos (na forma

de triacilgliceróis) ao invés de carboidratos é que a oxidação de lípides tem um

rendimento energético muito maior.

Os ácidos graxos são liberados dos triacilgliceróis nos seus sítios de

armazenamento no tecido adiposo pela triacilglicerol-lipase sensível a hormônio,

e são carregados pelo sangue aos seus sítios de oxidação complexados com

albumina.

A oxidação de ácidos graxos é a principal fonte de energia liberada na

degradação de lipídeos. Depois da ativação no citossol, essa degradação tem

lugar na matriz mitocondrial através de um processo chamado -oxidação ou

ciclo de Lynen.

A oxidação de ácidos graxos inicia-se com a ação da enzima acil-CoA sintetase

que transformam ácidos graxos em acil-CoA. Como a membrana interna da

mitocôndria é impermeável a esta molécula, os radicais acila dos ácidos graxos

são ligados à carnitina e desta forma transportados para a mitocôndria.

Neste processo, unidades de dois carbonos são sucessivamente removidas a

partir do terminal carboxílico do ácido graxo para produzir acetil-CoA.

A -oxidação ocorre em quatro reações: (1) formação de uma ligação dupla ,

; (2) hidratação da ligação dupla; (3) desidrogenação para formar uma -

cetoacil-CoA; (4) tiólise pela CoA para produzir acetil-CoA e uma acil-CoA

encurtada em dois carbonos. Esse processo é repetido até que os ácidos graxos

com número par de carbonos sejam convertidos em acetil-CoA e uma molécula

de propionil-CoA. A acetil-CoA é oxidada pelo ciclo de Krebs e pela

fosforilação oxidativa para geração de ATP. Propionil-CoA é convertida em

succinil-CoA, um intermediário do ciclo de Krebs.

A oxidação de ácidos graxos insaturados requer uma isomerase para converter as

ligações duplas 3 para ligações duplas

2 e uma redutase para remover ligações

duplas 4. A oxidação de ácidos graxos de cadeia ímpar fornece propionil-CoA,

que é convertida em succinil-CoA através da rota dependente de cobalamina

(B12). Os ácidos graxos de cadeia muito longa são parcialmente oxidados por um

sistema de três enzimas nos peroxissomas.

O fígado utiliza o excesso de acetil-CoA para sintetizar acetoacetato e -

hidroxibutirato, que são liberados na circulação sanguínea. Os tecidos que usam

estes corpos cetônicos como combustível os convertem de volta em acetil-CoA.

A degradação de triacilgliceróis é estimulada por glucagon e adrenalina e inibida

por insulina.

Estudo dirigido

1. Esquematizar a reação catalisada por lipases de tecido adiposo.

2. Esquematizar as reações de conversão de glicerol a compostos intermediários da via

glicolítica.

3. Esquematizar o primeiro passo necessário para a degradação de um ácido graxo

(ativação).

4. Indicar o papel da carnitina na oxidação dos ácidos graxos.

5. Citar os compostos formados no fim de cada volta do ciclo de Lynen.

6. Citar as enzimas envolvidas na -oxidação.

7. Citar as vitaminas que participam do ciclo de Lynen.

8. Quantas moléculas de ATP são necessárias para degradar uma molécula de ácido

graxo?

9. Indicar a reação irreversível do ciclo de Lynen e a enzima que catalisa essa reação.

10. Citar a localização celular da beta-oxidação. Explicar a origem da denominação

“beta-oxidação” para a via de degradação de ácidos graxos.

11. Citar os tecidos que não oxidam ácidos graxos.

12. Escrever a equação geral da beta-oxidação do derivado acila do ácido palmítico a

acetil-CoA.

M6

CICLO DE KREBS


O ciclo de Krebs é a via metabólica final comum para a oxidação de carboidratos,

lipídeos e proteínas.

Ocorre na membrana interna da mitocôndria e é conhecido também como Ciclo do

Ácido Cítrico.

As reações do ciclo de Krebs estão relacionadas à cadeia de transporte de elétrons e

a fosforilação oxidativa, que conduzem ao oxigênio. Os receptores de elétrons nas

reações de oxidação são o NAD+ e o FAD.

As oito enzimas do ciclo de Krebs funcionam em ciclo catalítico de múltiplas

etapas, promovendo a oxidação um grupo acetil-CoA a duas moléculas de CO2, com

geração concomitante de três NADH, um FADH2 e um GTP. A energia livre

sintetizar ATP.

Os grupos acetila entram no ciclo como acetil-CoA. O complexo multienzimático da

piruvato-desidrogenase, que contém três enzimas e cinco coenzimas, produz acetil-

CoA a partir do piruvato.

A citrato sintase catalisa a condensação da acetil-CoA e do oxaloacetato em uma

reação altamente exergônica.

A aconitase catalisa a isomerização do citrato a isocitrato, e a isocitrato-

desidrogenase catalisa a descarboxilação oxidativa do isocitrato a -cetoglutarato e

produz o primeiro CO2 e NADH do ciclo de Krebs.

A -cetoglutarato desidrogenase catalisa a descarboxilação oxidativa do -

cetoglutarato, produzindo succinil-CoA e a segunda molécula de CO2 e NADH do

ciclo.

A succinil-CoA sintetase acopla a clivagem da succinil-CoA à síntese da GTP.

No ciclo de Krebs ocorrem ainda mais três reações catalisadas pela succinato-

desidrogenase (succinato fumarato), pela fumarase (fumarato malato) e pela

malato desidrogenase (malato oxaloacetato), que regeneram o oxaloacetato para a

continuação do ciclo.

A entrada de acetil-CoA no ciclo de Krebs é regulada pela carga energética da

célula, pois o ATP funciona como efetuador alostérico negativo do complexo

piruvato desidrogenase na etapa de conversão de piruvato a acetil-CoA.

O ciclo de Krebs é regulado fundamentalmente pela carga energética da célula uma

vez que o ATP é efetuador alostérico negativo das enzimas citrato sintase e

isocitrato desidrogenase NAD+-dependente e -cetoglutarato desidrogenase. Além

disso, ocorre ainda regulação pela disponibilidade de substrato, inibição pelo

produto e inibição por retroalimentação.

O ciclo do glioxilato, que ocorre apenas em plantas e em algumas bactérias,

necessita de duas enzimas para ocorrer, a isocitrato liase e a malato sintase. Essa

variação no ciclo de Krebs permite a síntese de glicose a partir da acetil-CoA.

Estudo dirigido

1. Descreva as cinco reações do complexo multienzimático da piruvato-desidrogenase.

2. Desenhe a estrutura dos oito intermediários do ciclo de Krebs e o nome das enzimas

que catalisam as suas interconversões. Consultar em livros de Bioquímica o valor da

variação de energia livre de cada reação em condições padrão.

3. Citar as funções do Ciclo de Krebs.

4. Citar as vitaminas que participam do Ciclo de Krebs.

5. Indicar a localização celular do Ciclo de Krebs.

6. A isomerização do citrato a cis-aconitato possui variação de energia livre em

condições padrão positiva. Discutir as implicações da inibição do ciclo por alta

carga energética quanto ao deslocamento dessa reação de isomerização.

7. Escreva a equação resultante da soma de todas as reações de: 1)glicose a CO2; 2)

glicose a piruvato; 3) piruvato a acetilCoA; 4) acetilCoA a CO2.

8. Compare a energética de reações do ciclo de Krebs envolvendo FAD ou NAD+.

9. Na oxidação de uma molécula de acetil-CoA no Ciclo de Krebs, indicar a enzima

que catalisa a reação onde há produção ou consumo de: a) CO2, b) GTP, c) NADH,

d) FADH2, e) H2O.

REGULAÇÃO DO CICLO DE KREBS

O controle do ciclo de Krebs é exercido em três pontos, ou seja, três enzimas do

ciclo exercem papel regulatório.

Os pontos de controle são as reações catalisadas pela citrato sintase, pela

isocitrato desidrogenase e pelo complexo -cetoglutarato desidrogenase.

A citrato sintase é uma enzima inibida por ATP, NADH e succinil-CoA. Há

também inibição pelo produto, neste caso, o citrato.

ADP e NAD+ são ativadores alostéricos da isocitrato desidrogenase; ATP e

NADH são inibidores.

O complexo -cetoglutarato desidrogenase é inibido por ATP e por NADH e

ativado por ADP e NAD+.

Células em estado metabólico de repouso necessitam e usam pouca energia; alto

nível de ATP, baixo nível de ADP (ATP/ADP alto); alto nível de NADH e baixo

nível de NAD+ (alto NADH/NAD

+).

Células em estado metabólico ativo necessitam e usam mais energia do que

células em repouso; baixo nível de ATP e alto nível de ADP (ATP/ADP baixo);

baixo nível de NADH, alto nível de NAD+ (NADH/NAD

+ baixo).

Estudo dirigido

1. Determinar o sentido das reações do ciclo de Krebs e verificar G destas

reações.

2. De que modo um aumento na relação ADP/ATP influencia a atividade da

isocitrato desidrogenase?

3. Você esperaria que o ciclo de Krebs fosse mais ou menos ativo quando uma

célula tem uma relação de ATP/ADP e de NADH/NAD+ alta? Justifique.

M7

CADEIA RESPIRATÓRIA e FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA


Todas as coenzimas reduzidas obtidas pelo catabolismo são reoxidadas

graças à cadeia de transporte de elétrons. Então, as moléculas de NADH e

FADH2, em uma série de reações, transferem os elétrons para o oxigênio,

sendo este o aceptor final. Essas reações ocorrem na cadeia transportadora

de elétrons, cuja localização é a membrana mitocondrial interna.

A cadeia de transporte de elétrons corresponde a uma organização

estratégica de biomoléculas na membrana mitocondrial interna dispostas

segundo seu potencial de óxido-redução.

O transporte de elétrons das coenzimas até o O2 requer quatro complexos

ligados à membrana. São eles: complexo I (NADH-CoQ oxidoredutase);

complexo II (succinato-CoQ oxidoredutase); complexo III (CoQH2-

citocromo c oxidoredutase e complexo IV (citocromo c oxidase).

A operação da cadeia transportadora de elétrons conduz ao bombeamento de

prótons (íons hidrogênio), criando um gradiente de pH (também chamado de

gradiente de prótons) entre o espaço intermembranas mitocondriais e a

matriz mitocondrial.

O gradiente de prótons é dissipado através de um canal que existe na ATP-

sintase da membrana mitocondrial interna. Essa variação de energia

potencial é convertida parcialmente em energia de ligação química da

molécula de ATP que é sintetizada por essa mesma enzima.

Em resumo, a energia liberada pela oxidação dos nutrientes é usada pelos

organismos sob a forma de energia química contida no ATP. A produção de

ATP na mitocôndria é o resultado da fosforilação oxidativa, no qual o ADP

é fosforilado obtendo-se ATP.

A cadeia transportadora de elétrons e a fosforilação oxidativa são processos

acoplados.

O acoplamento quimiosmótico é o mecanismo mais amplamente utilizado

para explicar o modo pelo qual o transporte de elétrons e a fosforilação

oxidativa estão acoplados.

A maneira pela qual o gradiente de prótons leva à produção de ATP depende

de canais iônicos, que atravessam a membrana mitocondrial interna; esses

canais são uma característica estrutural da ATP-sintase.

A síntese de ATP depende da cadeia transportadora de elétrons. O fluxo de

elétrons só ocorre enquanto houver a síntese de ATP.

A oxidação dos substratos é impedida sempre que a concentração de ATP

tem níveis compatíveis com a demanda.

A velocidade de produção de ATP é determinada pela concentração de ADP

e Pi, substratos da ATP-sintase.

A síntese de ATP processa-se em velocidade paralela à sua oxidação.

Estudo dirigido

1. Citar os compostos que fazem parte da cadeia de transporte de elétrons e

caracterizá-los quimicamente.

2. Esquematizar a seqüência dos compostos da cadeia de transporte de elétrons,

indicando os transportadores de elétrons e os transportadores de prótons e

elétrons.

3. Citar a localização celular da cadeia de transporte de elétrons.

4. Citar 3 inibidores da cadeia de transporte de elétrons, indicando os

transportadores sobre os quais atuam.

5. Verificar se é possível a oxidação de malato e de succinato em presença de

rotenona.

6. Qual seria o estado de oxidação (oxidado/reduzido) dos componentes da cadeia

de transporte de elétrons em presença de malato e de antimicina A?

7. Definir fosforilação oxidativa.

8. Descrever a hipótese do acoplamento quimiosmótico para a fosforilação

oxidativa.

9. Indicar o número de ATP sintetizados para cada NADH e FADH2 oxidados.

Citar exemplos de processos biológicos que utilizam ATP.

10. Definir desacoplador e citar um exemplo.

11. Definir inibidor de fosforilação oxidativa e citar um exemplo.

12. Definir controle respiratório.

a) Definir fosforilação ao nível do substrato e citar as reações onde ocorre esta

fosforilação.

13. Dinitrofenol acelera o consumo de oxigênio pela cadeia de transporte de

elétrons. Justifique.

14. Citar as conseqüências dos seguintes fatores para o funcionamento da cadeia de

transporte de elétrons e da fosforilação oxidativa:

a) presença de CN- ou CO

b) carência de Pi

c) carência de ADP

d) presença de DNP (dinitrofenol)

e) carência de Pi e/ou ADP em presença de DNP

f) presença de oligomicina

g) presença de oligomicina + DNP

15. Calcular o saldo de ATP formado na oxidação total de glicose.Qual o destino da

energia não armazenada sob a forma de ATP? Qual seria o resultado na presença

de dinitrofenol?

M8

METABOLISMO DO GLICOGÊNIO E SUA REGULAÇÃO


O glicogênio é um polissacarídeo de glicose que funciona como forma de reserva de energia em

animais e microrganismos. Em animais, o glicogênio está depositado no fígado, um órgão

central de reserva de energia, e, também, nos músculos, onde é degradado localmente. O

glicogênio hepático é exportado para manter a glicemia.

A natureza polimérica e semi-solúvel do glicogênio constitui-se numa maneira perfeita de

armazenar energia na forma de glicose. O estoque de glicogênio do fígado na forma de glicose

causaria tamanha pressão osmótica, que a viabilidade do hepatócito seria impossível.

O glicogênio é um polímero de -D-glico-piranose altamente ramificado. Na cadeia os

monômeros são interligados por ligações glicosídicas (14); nos pontos de ramificação a

ligação também é glicosídica, mas (16).

A glicose, na forma de glicose-1-P, é liberada da reserva de glicogênio pela fosforólise da

ligação (14) da extremidade não redutora do polímero. Esta reação é catalisada pela

glicogênio fosforilase.

A glicogênio fosforilase degrada até restarem 4 resíduos antes de uma ramificação até que a

enzima desramificadora transfere 3 dos 4 resíduos para outra extremidade da cadeia de

glicogênio formando uma nova ligação (14). O resíduo restante está ligado a cadeia pela

ligação (16) que é hidrolisada pela enzima desramificadora através de sua atividade

(16) glicosidase.

Glicose-1-fosfato é convertida a glicose-6-fosfato pela fosfoglicomutase, esta pode ser liberada

pela circulação no fígado pela ação da glicose-6-fosfatase ou degradada pelo músculo.

A síntese do glicogênio se dá através de via uma diferente da de degradação. A glicose-1-P é

primeiro ativada à uridinadifosfato-glicose, ou simplesmente UDP-G. UDP-G é o substrato da

glicogênio sintase que catalisa a adição de um resíduo de glicose ao carbono 4 da glicose de uma

extremidade não redutora do glicogênio, liberando ainda como produto UDP. Esta reação

necessita de cadeias glicogênicas pré-existentes que funcionam como PRIMER da reação,

oferecendo extremidades não redutoras para reagir com UDP-G.

Gli 6-P Glicose 1-P

Gli 1-P + UTP UDP-Gli + PPI (1-fosfato uridil transferase)

UDP-Gli + glicogênio (n) UDP + glicogênio (n + 1)

O UDP é convertido a UTP às custas da utilização de ATP:

PPI + H2O 2 PI (pirofosfatase)

UDP + ATP UTP + ATP (nucleosídeo difosfato quinase)

A glicogênio fosforilase e glicogênio sintase formam um ciclo que, respectivamente, libera e

deposita glicose-1-P a partir do estoque de glicogênio:

UTP + H2O 2 Pi

Glicose-1P UDPG

Glicogênion

Fosforilase Sintase I

Pi Glicogênion+1 UDP

É fácil notar que se estas enzimas funcionarem concomitantemente o ciclo será fútil, cujo único

resultado líquido será dissipação de energia através da reação:

UTP + H2O UDP + Pi

Conclui-se que, necessariamente, no hepatócito estas enzimas são coordenadamente reguladas,

isto é, quando a fosforilase é ativada para mobilizar glicose-1-P, a sintase é desativada, e vice-

versa, conforme a necessidade celular.

Ambas fosforilase e sintase são reguladas por fosforilação (modificação covalente) em resíduos

específicos de serina, reações catalisadas pela mesma proteína-quinase que possui dupla

especificidade, sendo por isso chamada de sintase-fosforilase quinase. A fosforilase e a sintase

são espécies fosforiladas, portanto a fosforilação, catalisada pela sintase-fosforilase quinase,

causa ativação da fosforilase e inativação da sintase.

A fosforilase a e a sintase I (formas ativas), por um lado, e a fosforilase b e a sintase D (formas

não ativas), por outro, são, respectivamente interconversíveis. Para tanto é necessário que

fosforilase a e a sintase I sejam desfosforiladas, através de uma reação que requer catálise. A

principal enzima, catalisadora comum destas desfosforilações, é a fosfoproteína fosfatase 1.

Hormônios específicos regulam a síntese e a degradação de glicogênio no músculo e no fígado.

A adrenalina aumenta degradação no músculo enquanto que o glucagon faz o mesmo no fígado.

A insulina aumenta a síntese de glicogênio tanto no músculo quanto no fígado.

Os hormônios mencionados são hidrosolúveis e atuam via segundo mensageiro com ativação da

adenilato ciclase e formação de AMP-cíclico. Isso porque os hormônios não conseguem penetrar

no interior das células.

A degradação e a síntese de glicogênio possuem regulação recíproca, ou seja, quando a

degradação está ativada, a síntese está inibida. Essa regulação é feita através dos hormônios e de

fosforilações estratégicas que culminam na fosforilação final da fosforilase com sua ativação e

na fosforilação final da sintetase com sua inibição.

A liberação de Ca2+

no músculo juntamente com a regulação hormonal são responsáveis pela

degradação de glicogênio no músculo.

Estudo dirigido

1. Definir polissacarídeo. Citar exemplos de polissacarídeos estruturais e de reserva.

2. Descrever a estrutura do glicogênio.

3. Esquematizar as reações de degradação do glicogênio a glicose 1-fosfato.

4. Citar os hormônios que estimulam a degradação do glicogênio no fígado e no músculo e mostrar

seu modo de ação.

5. Esquematizar as reações de síntese do glicogênio a partir de glicose.

6. Esquematizar as reações de conversão de glicose 1-fosfato a glicose. Citar os tecidos onde estas

reações ocorrem.

7. Esquematizar as reações de síntese de glicogênio a partir de glicose.

8. Mostrar a relação entre AMP cíclico e a síntese de glicogênio.

9. Descrever a ação de insulina sobre o metabolismo de carboidratos quanto à:

a) permeabilidade da célula à glicose.

b) síntese de glicogênio.

c) síntese de glicoquinase (fígado).

10. Citar a função do glicogênio hepático e do glicogênio muscular.

11. Indicar os efeitos da adrenalina e insulina no músculo sobre o metabolismo do glicogênio muscular.

Idem para o glucagon e insulina no fígado.

M9

Metabolismo de aminoácidos

DEGRADAÇÃO DE PROTEÍNAS E AMINOÁCIDOS/ CICLO DA URÉIA


As proteínas intracelulares são degradadas por proteínas lisossomais ou, após

serem ubiquitinizadas, pela ação de proteossomos.

A degradação de um aminoácido quase sempre se inicia com a remoção de seu

grupo amino em uma reação de transaminação que consiste na transferência de

um grupo amino para um alfa-cetoácido. Por desaminação oxidativa envolvendo

NAD+, o grupo amino transferido é convertido em íon amônio. Ocorre ainda a

transformação dos esqueletos de C em intermediários da glicólise e do ciclo de

Krebs.

Duas reações principais permitem a eliminação do amino grupo. Diversos

aminoácidos podem transferir o grupo amino para o alfa-cetoglutarato numa

reação catalisada por transaminases:

aspartato + alfa-cetoglutarato oxalacetato + glutamato

Por outro lado, glutamina e glutamato podem ser desaminados em reações

catalisadas pela glutaminase e desidrogenase glutâmica, respectivamente:

glutamina + H2O glutamato + NH4+

glutamato + NAD+ (ou NADP

+) + H2O NH4

+ + alfa-cetoglutarato +

NADH (ou NADPH) + H+

O cátion amônio é tóxico, sendo utilizado para a síntese de glutamina ou

convertido em uréia no ciclo correspondente, para fins de excreção.

O grupo prostético das transaminases é a vitamina B6 (piridoxina) na forma de

piridoxal fosfato ou PLP.

No ciclo da uréia, um átomo de nitrogênio desse íon amônio (um produto da

desaminação oxidativa de glutamato) e um átomo de nitrogênio do aspartato

combinam-se com HCO3- para formar uréia para a excreção. O passo limitante

da velocidade desse processo é catalisado pela carbamoil-fosfato-sintetase.

Os 20 aminoácidos-padrão são degradados para formar: 1) compostos

intermediários da glicólise, 2) corpos cetônicos, 3) ácidos graxos. Exemplos de

compostos formados pela degradação: piruvato, -cetoglutarato, succinil-CoA,

fumarato, oxaloacetato, acetil-CoA ou acetoacetato.

Aminoácidos como alanina, aspartato e glutamato são ditos glicogênicos porque

podem ser convertidos em, respectivamente, piruvato, oxalacetato e alfa-

cetoglutarato, que, por sua vez, podem ser transformados em fosfoenolpiruvato

para síntese de glicose. Já os aminoácidos leucina e lisina são chamados

cetogênicos por produzirem exclusivamente acetil-CoA como produto de

degradação, portanto servindo à síntese de corpos cetônicos, mas não de glicose.

Estudo dirigido

1. Escrever as três reações que levam à desaminação de um alfa-aminoácido com

formação do íon amônio. Incluir as enzimas envolvidas.

2. Comente sobre o papel essencial das vitaminas no metabolismo. Escreva a estrutura

química da vitamina B6 e do piridoxal fosfato.

Ciclo da Uréia

3. Explique por que a degradação de proteínas pelo proteossomos requer ATP, apesar

da proteólise ser um processo exergônico.

4. Explique por que uma alta concentração de amônia diminui a taxa do ciclo de

Krebs.

5. Quais dos 20 aminoácidos-padrão são (a) puramente glicogênicos, (b) puramente

cetogênicos e (c) tanto glicogênicos como cetogênicos?

6. Desenhe o ciclo da uréia e escreva a reação geral do ciclo.

7. Faça um esquema geral mostrando os destinos dos esqueletos de carbono dos

aminoácidos glicogênicos e cetogênicos.

8. Analisar o destino da cadeia carbônica dos aminoácidos e o balanço de nitrogênio

que ocorrem com as seguintes dietas:

a) normal em carboidratos, lipídios e proteínas

b) rica em proteínas e normal nos demais componentes

c) pobre em carboidratos e normal nos demais componentes

d) pobre em proteínas e normal nos demais componentes

BIOSSÍNTESE DE AMINOÁCIDOS


Os gases mais abundantes no ar atmosférico, O2 e N2, são essenciais para a

existência da vida biológica no planeta Terra, mas divergem quanto à reatividade

química. O O2 tem propriedades de radical livre reagindo com relativa

facilidade, daí servir muito bem como oxidante final na respiração de todos os

organismos. Já o N2 possui uma tripla ligação altamente estável que lhe confere

baixíssima reatividade química. Apesar disso, o N2 gasoso da atmosfera é a fonte

do elemento N que garante a vida na Terra. Por essas razões físico-químicas a

redução do N2 atmosférico pelos sistemas biológicos tem características muito

peculiares.

A redução química do N2 a NH3 exige condições drásticas, 500 graus Celsius de

temperatura e 300 atm de pressão, certamente incompatíveis com a vida

biológica. Mas bactérias especializadas do gênero Rhyzobium, que são

simbiontes de plantas leguminosas, reduzem eficientemente N2 a NH4+, uma

espécie química totalmente compatível com o metabolismo de todos os

organismos. Portanto, o N2 fixado por essa simbiose entre planta e bactéria

garante a disponibilidade do elemento N para todas as formas de vida terrestre.

As bactérias fixadoras de N2 possuem um complexo enzimático singular, a

nitrogenase. A reação de redução do N2 a NH4+ (fixação de nitrogênio), qual

envolve um redutor poderoso a grande investimento de energia na forma de

ATP, é catalisado pela nitrogenase, qual usa NADPH + H+ como doador de

elétrons:

N2 + 8 H+ + 8 e- + 16 ATP + 16 H2O 2 NH3 + H2 + 16 ADP +16 Pi

A volatilidade do NH4+ (NH3 + H

+) não favorece sua permanência no solo, mas

existem bactérias autotróficas de vida livre, muito abundantes e largamente

disseminadas, que são especializadas na oxidação do cátion amônio a nitrito e

nitrato para fins de obtenção de energia metabólica. Desta maneira o elemento N

é estavelmente depositado no solo na forma de espécies químicas, sais de nitrito

e nitrato, que são eficientemente absorvidas pelas raízes das plantas e

prontamente reduzidas a NH4+ no interior da célula vegetal.

As etapas sumariamente mencionadas compreendem o ciclo do nitrogênio na

natureza: a) redução do N2 a NH4+; b) oxidação de NH4

+ a nitrito e nitrato; c)

redução de nitrito e nitrato a NH4+ e d) transformação do elemento N de

inorgânico para orgânico com a síntese de aminoácidos a partir de NH4+, reação

possível em todas a formas de organismos biológicos.

Em animais, o N do grupo amino dos aminoácidos é eficientemente obtido a

partir de NH4+ pelas reações catalisadas pelas enzimas desidrogenase glutâmica

e glutamina sintetase, fornecendo, respectivamente, glutamato e glutamina.

Ainda em animais de forma geral, os aminoácidos alanina e aspartato podem ser

obtidos a partir de, respectivamente, piruvato e oxalacetato, através da reação de

transaminação tendo glutamato como doador de grupo amino. Outros

aminoácidos exigem reações adicionais, além da transaminação para sua síntese

final. Mas, como regra, os esqueletos de C dos aminoácidos são obtidos a partir

dos intermediários da glicólise, do ciclo de Krebs e do ciclo das pentoses.

Há, no entanto, aminoácidos que não podem ser sintetizados por animais devido

a falta do precursor que fornece o esqueleto de C. Estes são ditos aminoácidos

essenciais e tem que ser obtidos na dieta. Por exemplo, humanos tem que

conseguir da dieta 9 aminoácidos essenciais.

Estudo Dirigido

1. Defina fixação do nitrogênio.

2. Equacione a reação da nitrogenase e mostre aonde ocorre.

3. Definir aminoácido essencial e citar os aminoácidos essenciais para o organismo

humano.

4. Qual a importância dos aminoácidos para os organismos?

5. Verificar por que a glutamina e o glutamato são doadores de nitrogênio para a

síntese de aminoácidos

M10

INTEGRAÇÃO METABÓLICA E REGULAÇÃO HORMONAL DO

METABOLISMO


A regulação metabólica é feita de interferência direta de determinadas reações

químicas que compõem o metabolismo, aumentando ou reduzindo sua

velocidade. O resultado direto deste processo é a maior oferta de substratos ou

acúmulo de metabólitos que acabará por influenciar outras vidas dependentes

destes compostos e a forma mais eficiente de regulação desta rede é aumentar a

concentração ou alterar a eficiência da enzima.

Pode se controlar a síntese ou degradação enzimática; também se pode modular

a atividade enzimática através de mudanças conformacionais da própria enzima

provocada através da ligação de compostos ou grupos na cadeia peptídica:

regulação alostérica e regulação por modificação covalente. A concentração

enzimática também pode variar conforme a oferta do substrato; alteração

mediada através de hormônios.

Os hormônios estão envolvidos no metabolismo em dois níveis: indução ou

repressão gênica de determinadas enzimas ou através da modificação covalente:

A fosforilação é mediada pelas proteínas quinases que transferem o grupo

fosfato do ATP para resíduos específicos de serina, treonina e tirosina, formando

uma ligação éster fosfórico ou a retirada do grupo fosfato é catalisada pela ação

de fosfoproteínas fosfatases através da hidrólise.

Os hormônios transmitem sinais regulatórios para os tecidos-alvo por meio da

ligação a receptores que traduz o sinal em respostas no interior da célula. A

insulina e o glucagon pancreáticos e a adrenalina e noradrenalina da medula

adrenal são os principais hormônios envolvidos no metabolismo energético dos

mamíferos.

Dois hormônios são os principais responsáveis pelo equilíbrio da concentração

da glicose circulante: Glucagon e insulina.

O glucagon é um hormônio que tem efeitos equivalentes ao da adrenalina no

controle do metabolismo do glicogênio: possui um receptor da família dos

receptores acoplados a proteína-G e ativa a cascata que se inicia com

cAMP/PKA. Este é liberado em condições de hipoglicemia ativando processos

degradativos para manutenção da glicemia sanguínea. A PKA (proteína quinase

ativada por cAMP) fosforila a fosforilase quinase tornando-a ativa. A fosforilase

quinase fosforila agora glicogênio fosforilase. A glicogênio fosforilase ativada

(quando fosforilada, glicogênio fosforilase b a) catalisa a hidrólise de

resíduos de glicose do glicogênio liberando grupos de glicose-1-fosfato. No

mesmo tempo, a fosforilase quinase, ativada pela cascata do receptor de

glucagon-proteína-G, cAMP/PKA, fosforila a glicogênio síntase , a qual se torna

inativa quando fosforilada (síntase I sintase D).

A insulina tem efeito oposto, promove a absorção de glicose pelo fígado e

músculos e usa deposição nas reservas de glicogênio. Mas é importante notar

que a insulina tem mecanismos de ação totalmente diferentes da adrenalina e do

glucagon. Os receptores de insulina não pertencem à família dos receptores

acoplados a proteína-G e não têm ação sobre a adenilato ciclase. Seus receptores

são do grupo de receptores cujo domínio intracelular apresenta atividade

intrínseca de proteína-quinase de tirosina. A insulina estimula fosfoproteínas

fosfatases. Para reverter a ação do glucagon, a insulina promove a ativação da

fosfoproteína fosfatase que catalisa a desfosforilação da glicogênio fosforilase e

da glicogênio sintase, levando a inativação da primeira (fosforilase a b) e

ativação da segunda (síntase D sintase I). Desta forma o fluxo

glicoseglicogênio é favorecido. O transporte da glicose no interior das células

com a atuação da insulina é um processo passivo mediado por uma família de

permeases denominadas GLUT (glicose transporter).

Respostas celulares rápidas desencadeadas por hormônios só podem ser obtidas

através da ativação, ou da inibição, de enzimas pré-existentes. Hormônios

esteróides (por exemplo, cortisol) quando secretados difundem-se pela

membrana citoplasmática e ligam-se ao seus receptores intracelulares os quais,

quando ativados, promovem no núcleo a regulação do metabolismo pela

indução da transcrição de genes que codificam enzimas específicas, levando à

síntese de novo das proteínas correspondentes, fenômeno conhecido como

indução enzimática. Mas o mecanismo de indução enzimática desencadeado por

hormônios resulta necessariamente numa resposta celular lenta, uma vez que os

RNAs mensageiros (mRNAs) precisam ser transcritos, processados,

transportados para o citoplasma e finalmente traduzidos para produzir as

proteínas enzimáticas exigidas.

A adrenalina estimula uma resposta local no músculo. A liberação de adrenalina

é induzida por estímulo nervoso autônomo em situações de perigo, exercício

físico, e hipoglicemia e induz a degradação do glicogênio com os fins de

fornecer glicose-1-fosfato como fonte de energia para atividades musculares

que permitem ao animal reagir a estas situações.

As vias de síntese e de degradação dos combustíveis metabólicos principais

(glicose, ácidos graxos e aminoácidos) convergem na acetil-COA e no piruvato.

Nos mamíferos, o fluxo através dessas vias é especifico para cada tecido.

O cérebro utiliza a glicose como seu principal combustível metabólico. Os

músculos podem oxidar uma variedade de combustíveis, mas dependem da

glicólise anaeróbica para o esforço máximo. O tecido adiposo armazena o

excesso de ácidos graxos na forma de triacilgliceróis e mobiliza-os quando

necessário.

O fígado mantém as concentrações dos combustíveis circulantes. A ação da

glicoquinase permite a captação do excesso de glicose pelo fígado,

direcionando-a para diversos destinos metabólicos. O fígado também converte

os ácidos graxos em corpos cetônicos e metaboliza os aminoácidos procedentes

da dieta ou da degradação das proteínas.

Durante o jejum, quando os combustíveis da dieta não estão disponíveis, o

fígado libera a glicose, primeiro pela degradação do glicogênio e depois pela

gliconeogênese, a partir de aminoácidos precursores. Os corpos cetônicos

obtidos pela degradação dos ácidos graxos suprem, por fim, a maior parte das

necessidades energéticas do corpo.

O diabetes melitus causa hiperglicemia e outros distúrbios fisiológicos

resultantes da destruição das células pancreáticas ou da resistência à insulina

(perda de receptores de insulina).

Estudo dirigido 1. Faça um resumo das principais características do metabolismo energético no

cérebro, nos músculos, no tecido adiposo e no fígado.

2. Explique por que o KM alto da glicoquinase é importante para o papel do fígado no

tamponamento da glicose sanguínea.

3. Faça uma previsão do efeito de uma dose excessiva de insulina sobre a função

cerebral em uma pessoa saudável.

4. Por que o metabolismo oxidativo, gerador de ATP, cessa quando o suprimento

celular de ATP está esgotado?

5. Descreva as alterações metabólicas que ocorrem durante o jejum.

6. Corredores experientes sabem que não é recomendável a ingestão de grandes

quantidades de glicose imediatamente antes de uma maratona.Qual é a base

metabólica para esse aparente paradoxo?

7. A capacidade do fígado em metabolizar acetil-CoA pelo ciclo do ácido cítrico é

drasticamente reduzida após vários dias de jejum. Justifique a sua resposta.

8. Fazer um resumo dos efeitos do glucagon, adrenalina, e insulina no metabolismo de

carboidratos, lipídios e proteínas no fígado, músculo e adiposo.

9. Relacionar as figuras 22.9 e 22.11 (Bayardo Torres) com a ginástica aeróbica.

introdução ao metabolismo - instituto de química · metabolismo- conceitos fundamentais e...

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