Atividades de Bioquímica 2

GD Metabolismo de purinas e pirimidinas 1 Explique os mecanismos de ação dos quimioterápicos fluoruracila e os antifolatos metotrexato e trimethoprin 2 Se uma célula capaz de realizar a síntese de novo de purina nucleotídeos tiver AMP adequado mas estiver deficiente em GMP como ela irá regular a síntese para aumentar a GMP Se tanto AMP como GMP estiverem presentes em concentrações adequadas o que aconteceria 3 Discutir as afirmativas Um indivíduo que sofre de gota deve evitar dietas ricas em proteínas CASO DOENÇA DE VON GIERKES Caso Um menino de 11 anos de idade foi hospitalizado devido a uma hepatomegalia acentuada fraqueza e palidez que se exacerbavam principalmente durante os espaços entre as refeições O exame clínico do paciente revelou um desenvolvimento físico e mental abaixo da expectativa mínima ou seja rendimento escolar insatisfatório altura e peso abaixo do normal Os exames laboratoriais realizados a partir de uma amostra de sangue colhida em jejum foram os seguintes paciente valores normais Glicose mg ou mgdL 460 600 a 1100 Piruvato mmolL 040 005 a 010 Lactato mmolL 640 056 a 20 Ácidos graxos livres mmolL 140 030 a 080 Triglicerídeos gL 305 150 Corpos cetônicos mgdL 400 até 30 Ácido úrico mgdL 950 60 a 70 pH 725 735 a 745 CO2 total mmolL 140 240 a 300 A análise de um fragmento de fígado mostrou células dilatadas e ausência de reações inflamatórias Testes bioquímicos revelaram um glicogênio com estrutura normal 11g100g de tecido hepático normal 8g100g de tecido e com teor de lipídeos de 20g100g de tecido normal menos que 5 A medida da atividade da enzima glicose6fosfatase mostrou apenas 20 unidadesg de nitrogênio hepático normal 214 45 unidadesg Questões 1 A doença de Von Gierkes é causada pela deficiência de qual enzima 2 Esta enzima é encontrada normalmente em quais tecidos 3 Explique as razões da hepatomegalia fraqueza palidez desenvolvimento físico e mental insatisfatório 4 A produção de glicose pode ser realizada em detrimento da degradação de outras macromoléculas como proteínas e lipídeos Quais são as vias metabólicas que permitem este processo Explique esta via 5 Qual o tratamento indicado para a doença de Von Gierkes 6 O diagnóstico desta doença pode ser baseado em quais observações Comentário Esta doença de armazenamento do glicogênio é a mais comum das 12 descritas sendo causada pela deficiência da enzima glicose6fosfatase do fígado O diagnóstico pode ser feito através de uma biópsia hepática Esta anormalidade genética ocorre em aproximadamente 1200000 nascimentos e é transmitida por um gene autossômico recessivo As manifestações clínicas incluem hipoglicemia entre as refeições acidemia láctica hiperlipidemia cetose e hiperuricemia com artrite gotosa A hipoglicemia é explicada como conseqüência da deficiência da enzima glicose 6fosfatase necessária na liberação da glicose do glicogênio hepático e da neoglicogênese O fígado destes pacientes pode liberar pequena quantidade de glicose através da ação da enzima desramificante do glicogênio cerca de 8 do total da glicose normalmente liberada pelo fígado através da glicogenólise ou neoglicogênese A hipoglicemia persistente nos primeiros meses de vida compromete o desenvolvimento do sistema nervoso central levando aos problemas relacionados ao desenvolvimento mental insatisfatório Os outros sintomas como fraqueza palidez e desenvolvimento físico inferior provavelmente são causados pela hipoglicemia constante nestes indivíduos A acidemia láctica ocorre porque o fígado não pode usar efetivamente o lactato para a síntese de glicose O glucagon ativa a glicogenólise hepática daí a concentração de glicose6fosfato tornase elevada isto devido a deficiência da enzima glicose6fosfatase e sendo um efetor positivo da enzima glicogênio sintase fosforilada retorna para o estoque de glicogênio causando gradualmente o aumento do fígado hepatomegalia Também esta concentração elevada da glicose6P resulta numa reativação da via glicolítica ocasionando uma concentração elevada de piruvato daí acetilCoA os quais são deslocados para a síntese de ácidos graxos triglicerídeos culminando na hiperlipidemia juntamente com a cetogênese responsável pelo abaixamento do pH sangüíneo e queda do CO2 uma vez que os corpos cetônicos são ácidos cujo pKa está em torno de 47 ou seja liberam H para a corrente sangüínea A via das pentoses também tornase ativada consumo de NADPH pela síntese elevada de ácidos graxos com produção excessiva de ribose5P que ativa a síntese de purinas resultando numa degradação muito elevada destas bases culminando numa produção concomitante alta de ácido úrico hiperuricemia com artrite gotosa A concentração elevada de ácidos graxos na corrente sangüínea é decorrente da mobilização destes do tecido adiposo pelo glucagon lembrese que a hipoglicemia causa a liberação deste hormônio pelo pâncreas Os tratamentos desta doença têm incluído a indução por drogas da inibição da captação de glicose pelo fígado para aumentar a concentração de glicose do sangue a alimentação intragástrica contínua durante a noite novamente para aumentar a concentração de glicose no sangue a transposição cirúrgica da veia porta que comumente supre o fígado diretamente dos intestinos para permitir que esse sangue rico em glicose alcance tecidos periféricos antes de chegar ao fígado e o transplante hepático O diagnóstico desta doença pode ser concluído através das observações clínicas e dos valores laboratoriais alterados como retratado pelo quadro acima e das biópsias hepáticas Caso clínico Fenilcetonúria Caso Uma criança de 10 meses de idade foi hospitalizada devido a uma série de sintomas Dentre estes destacavase um comportamento agitado e agressivo um retardo no desenvolvimento psicomotor convulsões microcefalia e uma redução do crescimento Foi constatado também que a criança apresentava cabelos amarelados pele clara e extremamente seca Os testes neurológicos indicaram retardamento mental Como a urina desta criança reagiu com cloreto férrico adquirindo uma cor verde oliva foi feita dosagem sérica de fenilalanina cujo resultado foi acima de 20mgdL Normal 12 a 40 mgdL Questões 1Definir fenilcetonúria clássica PKU e distinguilas das outras variantes fenilcetonúricas 2Quais os sintomas e sinais característicos da fenilcetonúria PKU 3Discutir as hipóteses prováveis que possam explicar estes sintomas 4Quais os critérios genéticos e bioquímicos que devem ser utilizados no diagnóstico da fenilcetonúria 5Após a confirmação de um diagnóstico de PKU quais as condutas deverão ser seguidas 6A fenilcetonúria materna deverá ter um acompanhamento rigoroso Por que Comentário A fenilcetonúria PKU é a mais comum das deficiências enzimáticas do metabolismo de aminoácidos sendo um erro inato do metabolismo da fenilalanina Phe causado por um gene autossômico recessivo A incidência da doença gira em torno de um caso para cada dez mil nascimentos sendo que a presença de um gene defeituoso resulta numa produção menor da enzima pelo fígado A conversão da fenilalanina em tirosina Tyr é feita pela enzima fenilalanina hidroxilase ou fenilalanina 12monooxigenase a qual requer o cofator tetrahidrobiopterina TH4 de acordo com a reação da figura 1 A incapacidade de converter a Phe em Tyr pode ser atribuída a uma das três enzimas envolvidas na reação ausência ou deficiência da fenilalanina hidroxilase PKU clássica defeitos na dihidrobiopterina redutase Tipos II e III e defeitos na biossíntese da biopterina hiperfenilalaninemias IV e V As variantes fenilcetonúricas 3 dos pacientes são bem mais raras que a PKU clássica mas podem causar uma hiperfenilalaninemia podendo ser distinguida da clássica através da dosagem de Tyr plasmática e medida da atividade das outras enzimas Para as variantes II e III não existe tratamento Para as IV e V as quais envolvem biossíntese do cofator TH4 além da restrição dietética da fenilalanina a dieta deverá ser suplementada com tirosina Ldopa e 5hidroxitriptofano O cofator TH4 é requerido na biossíntese das catecolaminas e da serotonina veja figura 2 o que faz crer que as vias metabólicas dos neurotransmissores são afetadas e justifica o tratamento com estas substâncias O composto 5678TH4 não pode ser utilizado na dieta pois não atravessa a barreira hematoencefálica e porque é instável Portanto vemos que a maioria dos pacientes com PKU apresenta problemas no gene responsável pela síntese da fenilalanina hidroxilase A ausência desta enzima impede a conversão de Phe em Tyr a principal via de metabolização da fenilalanina Uma forma desta enzima é encontrada em todos os tecidos atividade muito baixa e a outra bem mais ativa somente no fígado As conseqüências deste defeito enzimático são elevação da concentração de fenilalanina no sangue e nos tecidos e ativação das vias secundárias do catabolismo da fenilalanina normalmente pouco utilizadas No metabolismo normal o único destino conhecido da fenilalanina além de sua utilização na síntese de proteínas consiste na sua conversão em tirosina Por isto grande parte da necessidade dietética da fenilalanina se deve de fato à necessidade dietética de tirosina Se a última for ingerida verificase uma redução substancial de demanda de fenilalanina O resultado dessas vias metabólicas secundárias é o acúmulo dos diversos catabólitos na corrente sanguínea e nos tecidos A presença na urina do fenilpiruvato além de ser responsável pelo cheiro de rato deu origem ao nome fenilcetonúria Entretanto os outros subprodutos fenilacetato fenil lactato fenilacetl glutamina e Ohidroxifenil acetato são também encontrados na urina dos pacientes fenilcetonúricos As vias secundárias do catabolismo da fenilalanina estão abaixo Vias secundárias do catabolismo da fenilalanina Os sintomas e sinais característicos da PKU são decorrentes do acúmulo da fenilalanina e desses catabólitos na corrente sanguínea e nos tecidos Durante o primeiro ano de vida existem poucos indícios específicos para levar alguém a suspeitar que um paciente apresenta fenilcetonúria Este é o aspecto devastador do curso clínico habitual dos pacientes não tratados com este distúrbio Tem sido estimado que sem tratamento um paciente perde aproximadamente 50 pontos no QI quociente de inteligência durante o primeiro ano de vida Estimase que 1 dos pacientes das instituições mentais são fenilcetonúricos EUA Depois do primeiro ano de vida a diluição do pigmento o retardo no desenvolvimento psicomotor a deficiência em andar e falar as convulsões 35 a 50 dos pacientes a hiperatividade o comportamento agitado e agressivo a microcefalia e a redução da velocidade do crescimento tornamse evidentes A conseqüência mais séria da PKU é uma inibição do desenvolvimento cerebral devido ao acúmulo da fenilalanina e de seus metabólitos A expectativa de vida é drasticamente diminuída sendo que metade está morta aos 20 anos de idade e 70 aos 30 anos Existem várias hipóteses que tentam explicar o severo retardamento mental dos pacientes não tratados Recentemente tem sido encontrado que o fenilpiruvato é um potente inibidor da translocase piruvato mitocondrial Em crianças não tratadas a concentração do fenilpiruvato pode alcançar valores de 01 a 05 mmolL mais que suficiente para bloquear o transporte de piruvato para dentro da mitocôndria cerebral Com isto a formação de ATP será bem menor podendo ser um fator adicional uma vez que a síntese da bainha de mielina requer quantidades satisfatórias de ATP Na fenilcetonúria ocorre uma mielinização defeituosa da bainha e há uma incidência aumentada de ataques epiléticos e ECGs anormais Defeitos no metabolismo do triptofano também parece estar envolvido na fenilcetonúria como evidencia pela ocorrência de derivados anormais do indol na urina e baixos níveis de serotonina um neurotransmissor derivado do triptofano no sangue e cérebro Também já foi relatado na literatura que fenilpiruvato e fenilacetato podem inibir a descarboxilase do ácido glutâmico a qual sintetiza o GABA um inibidor fisiológico de transmissões sinápticas O excesso de fenilalanina no sangue pode interferir com o transporte seletivo de outros aminoácidos através de membranas celulares sendo que no cérebro e fluido cérebroespinal poderá conduzir a sérias distorsões do padrão de aminoácidos Veja abaixo a formação do GABA A deficiência da fenilalanina hidroxilase é responsável por um outro sintoma da PKU os pacientes têm cabelos e pele mais claros que os outros irmãos Níveis elevados de fenilalanina inibem por competição a tirosinase a qual converte tirosina em L DOPA caminho de formação da melanina nos melanócitos Fator adicional poderia ser também devido a uma concentração menor da tirosina uma vez que a deficiência de fenilalanina hidroxilase torna a Tyr um aminoácido essencial e isto pode refletir numa redução da disponibilidade deste ocasionando uma deficiência de pigmentação Os critérios genéticos e bioquímicos que devem ser utilizados para estabelecer um diagnóstico seguro da PKU humana são 1 uma ausência virtual de atividade hepática da fenilalanina hidroxilase 2 níveis persistentemente elevados de fenilalanina e seus metabólitos no plasma maior que 20mgdL e nos tecidos 3 níveis deprimidos de tirosina no plasma Uma vez que não existem sintomas específicos nos primeiros meses de vida em indivíduos com hiperfenilalaninemia para o diagnóstico devese realizar um exame laboratorial que detecte a fenilalanina ou seus metabólitos no sangue ou na urina A reação com FeCl3 teste da fralda reação entre fenilpiruvato e cloreto férrico que resulta numa cor verde oliva apesar de ser fácil exige uma concentração de fenilpiruvato significamente elevada na urina e uma vez que a fenilalanina transaminase pode estar retardada na maturação no recémnascido o cetoácido acumulado pode estar atrasado no seu aparecimento na urina retardando dessa maneira o diagnóstico Portanto o diagnóstico precoce pode ser alcançado somente pela determinação do nível sanguíneo de fenilalanina Esta elevase a níveis anormais depois que a criança tenha recebido alimentos contendo proteínas Para evitar que crianças fenilcetonúricas sejam perdidas no diagnóstico o ideal é que o exame seja repetido de duas a quatro semanas após o nascimento Quando um valor anormal de fenilalanina na corrente sanguínea for detectado é de responsabilidade do laboratório que fez a avaliação notificar a agência responsável pelo cuidado da criança Esta deve ser admitida no hospital para a realização de exames adicionais e para o controle dietético Se o nível sanguíneo de fenilalanina estiver persistentemente acima de 20mgdL e a urina proporcionar um teste de FeCl3 positivo quando a criança estiver sob uma forma Láctea 12 com leite em pó durante três dias o diagnóstico será de fenilcetonúria O tratamento deverá ser instituído rapidamente e uma dieta regulada com baixo teor de fenilalanina é a conduta a ser seguida Sem tratamento acima de 90 dos pacientes com fenilcetonúria irão apresentar um QI abaixo de 50 A criança recebe a fórmula com baixo teor de fenilalanina como fonte primária de proteína e outros alimentos como frutas vegetais e cereais em quantidades medidas A criança irá necessitar de aproximadamente 30 a 35 mg de fenilalanina por Kg de peso corporal por dia A fenilalanina sérica é monitorizada semanalmente durante o primeiro ano e a cada 2 a 4 semanas a partir de então A dieta é regulada para manter um nível sérico de fenilalanina de 3 a 10 mg limites arbitrários mas seguros A interrupção do controle dietético segundo a maioria dos especialistas poderá ocorrer por volta dos oito anos de idade sendo que todos os pacientes devem ser monitorizados quanto à regressão intelectual e emocional com verificação dos níveis plasmáticos da fenilalanina Já os pacientes do sexo feminino devem continuar o tratamento durante os anos de vida reprodutiva Devese chamar a atenção para o fato de que um nível alto de fenilalanina no sangue de uma gestante pode resultar em desenvolvimento anormal do feto Existem vários relatos de crianças de mães portadoras de PKU Aproximadamente 25 tiveram anomalias congênitas O retardo no crescimento intrauterino e a microcefalia estavam quase uniformemente presentes e acima de 90 eram retardados Portanto percebese que o efeito sobre o feto está diretamente relacionado com o nível sérico de fenilalanina Essas crianças não devem ser amamentadas no peito pois o leite dessas mães possui uma elevada concentração de fenilalanina A implicação óbvia dessas observações é que as mães com fenilcetonúria devem estar sob uma dieta com restrição de fenilalanina durante a gravidez Concluise que o diagnóstico precoce da fenilcetonúria é essencial e por isto todos os recémnascidos devem ser submetidos ao teste da fenilalanina Teste do Pezinho Além disso o gene para a fenilalanina hidroxilase humana foi recentemente clonado de modo que atualmente é exeqüível o diagnóstico prénatal da fenilcetonúria o que é realizado com sondas de DNA Figura 1 Conversão de Fenilalanina em Tirosina Figura 2 Presença do cofator TH4 na biossíntese das catecolaminas e da serotonina GD e Caso Clínico Metabolismo do glicogênio e via das pentoses Doença do estoque do glicogênio Doença de Von Gierke Caso Uma criança logo após o nascimento apresentou abdome protuberante Nos primeiros meses de vida apresentava ataques de suor excessivo palidez e fraqueza que era aliviada pela alimentação Aos 12 meses foi avaliada e diagnosticouse que era mentalmente retardada Apresentava hipoglicemia 6 horas após as refeições enquanto lipídios e acido úrico plasmático apresentavamse aumentados Tabela 1 Biópsia do fígado mostrou excesso de depósito de glicogênio o que levou à indicação de uma doença do estoque do glicogênio Questões 1Que fatores controlam normalmente a glicogenólise no fígado 2Qual enzima está deficiente no indivíduo e qual o principal orgão que a contem 3Por que o paciente apresenta hipoglicemia nos intervalos entre as refeições 4Como deva reagir um indivíduo com deficiência da enzima desramificadora à ação da epinefrina 5Por que a via das pentoses está ativa na deficiência desta enzima 6Explique o aumento de ácido úrico e ácidos graxos livres na circulação Comentário O abdome protuberante era devido ao aumento do fígado que acompanha o excesso de glicogênio A ligação entre o excesso de glicogênio e a hipoglicemia nos intervalos entre as refeições foi investigada através de análise das enzimas envolvidas na degradação do glicogênio em amostra de tecido hepático Níveis da fosforilase e da enzima desramificadora estavam normais Normalmente quando o nível de glicose diminui a fosforilase é ativada por glucagon ou epinefrina para degradar o glicogênio a glicose1fosfato que após isomerização à glicose6fosfato produz glicose livre pela ação da glicose6fosfatase Nesta doença a fosforilase do glicogênio responde normalmente aos hormônios produzindo mais glicose1fosfato e glicose6fosfato O acúmulo de glicose6fosfato foi determinado provocando o aumento da frutose6fosfato e então sua degradação pela via glicolítica levando à formação de piruvato e lactato De fato quando foi administrada epinefrina à paciente não foi observada elevação no nível de glicose ao contrário lactato e piruvato apresentaram concentrações elevadas Está claro que a hipoglicemia nesta criança não é aliviada pela intervenção com hormônios cuja administração resulta na elevação de piruvato e lactato mais que glicose livre A produção de epinefrina pela medula adrenal é um estimulo potente para o tecido adiposo liberar ácidos graxos livres e glicerol para oxidação e liberação de energia que não pode ser obtida da glicose Outros episódios referentes à epinefrina são a palidez e o suor excessivo As concentrações aumentadas de lipídios e ácido úrico mostrados na Tabela 1 são decorrentes do distúrbio metabólico Desde que a glicogenólise não pode produzir mais que uma quantidade limitada de glicose ela inunda outras vias do metabolismo de glicose6fosfato Já vimos que ocorre produção excessiva de piruvato apesar dos mecanismos de controle alostérico da glicólise Algum piruvato poderá ser metabolizado a acetilCoA não sendo necessário para oxidação será desviado para a síntese de triglicerídeos e colesterol As coenzimas requeridas para a síntese NADH e NADPH são produzidas pela glicólise e via das pentoses portanto os precursores da síntese de triglicerídeos e colesterol tornamse amplamente distribuídos A via das pentoses estimulada pelo excesso de glicose6fosfato produz além de NADPH ribose5fosfato que estimula pela ação das massas a síntese de purinas e do produto de sua degradação o ácido úrico Tabela 1 A concentração anormalmente elevada de ácido úrico pode ser parcialmente devido também ao aumento de lactato no plasma que interfere com a excreção de ácido úrico pelo rim Como a deficiência desta enzima explica o aumento de glicogênio no fígado Desde que a glicogenólise não alivia a hipoglicemia a córtex adrenal libera cortisol para promover a gliconeogênese A glicose6fosfato formada derivada dos aminoácidos é utilizada para a síntese do glicogênio É incrível como a deficiência de uma única enzima conduz nesta doença a uma superprodução de glicogênio triglicerídeos colesterol purinas e ácido lácteo bem como distúrbio na função do cérebro fígado e rim A manifestação da doença pode ser reduzida oferecendo carboidratos várias vezes ao longo do dia e durante o sono através de infusão de carboidratos por uma sonda nasogástrica Metabólico mmoll Paciente Variação Normal Glicose 16 3356 Ác Graxos livres 16 0309 Colesterol 90 3155 Triglicerídeos 95 14 Ácido úrico 06 012030 Tabela 1 Concentração de metabólicos no sangue no intervalo entre as refeições GD Glicogenólise e Glicogênese 1 Porque é vantajoso energeticamente que a degradação de glicogênio origine glicose6fosfato em vez de glicose Explique 2 Você está planejando fazer uma caminhada extenuante e é aconselhado a aumentar a ingestão de alimentos ricos em carboidratos como pães e massas com alguns dias de antecedência Sugira um motivo para esse conselho 3 Qual é a estrutura do glicogênio Qual é a vantagem do glicogênio ser ramificado Explique 4 Quais são os produtos da glicogenólise e qual o destino destes produtos no músculo e no fígado 5 Quando ocorre glicogenólise hepática E a glicogenólise muscular 6 Por que no indivíduo bem alimentado não ocorre a glicogenólise hepática 7 Qual o papel da fosforilase do glicogênio na degradação do glicogênio Quantos ATPs são produzidos quando um resíduo de glicose liberado é degradado até lactato Mostre 8 Como os hormônios insulina e glucagon estão relacionados com a modulação da enzima reguladora da glicogenólise hepática Metabolismo do colesterol e lipoproteínas Caso Clínico Hipercolesterolemia e ateroesclerose Caso 1 Certo indivíduo 40 anos procurou um serviço cardiológico por apresentar fortes dores no tórax relacionadas ao esforço físico Duas dosagens de colesterol feitas em jejum mostraram teores de 100 e 110 mmolL N45 a 70 mmolL Eletroforese de lipoproteínas plasmáticas mostrou aumento de LDL Angiocoronariografia mostrou estreitamento e irregularidades em dois dos três ramos coronários O paciente foi submetido à cirurgia cardíaca e após a alta hospitalar foi recomendada dieta pobre em colesterol Durante a evolução em ambulatório foi ainda constatado aumento de colesterol plasmático e introduzido o tratamento com administração oral de resinas que se ligam aos sais biliares e tomar mevilonina uma droga que inibe a HMGCoA redutase Discussão do caso Hipercolesterolemia e outras condições Altas concentrações plasmáticas de colesterol particularmente em homens jovens e de meia idade estão associadas com uma incidência aumentada de doença arterial coronariana e com seu resultado final infarto do miocárdio Na maioria dos casos o elevado colesterol plasmático está presente na classe LDL de lipoproteínas plasmáticas O processo patológico que está ocorrendo é aterosclerose Aterosclerose O termo geral para o endurecimento das artérias é arteriosclerose A forma mais prevalente de arteriosclerose é caracterizada pelo acúmulo de lipídio particularmente colesteril éster na íntima da artéria Esta forma de arteriosclerose é chamada aterosclerose Estes depósitos lipídicos ocorrem inicialmente dentro de células da musculatura lisa arterial e de macrófagos Neste estágio os depósitos de lipídios são reversíveis e não resulta nenhum dano permanente à parede do vaso Esta lesão recente é chamada faixa gordurosa Subseqüentemente lipídios começam a se acumular extracelularmente na intíma da artéria Quanto a lesão progride a este estágio já não é mais completamente reversível Contudo estudos recentes de aterosclerose induzida por dieta em macacos indicaram que uma parte dos lipídios podem ser removidos mesmo das lesões avançadas de modo que as áreas das lesões ateroscleróticas podem na realidade ser levadas a diminuir Este processo de diminuição é chamado regressão Hipercolesterolemia Concentrações plasmáticas de colesterol elevadas particularmente a forma resultante da elevação na classe LDL de lipoproteínas plasmáticas aumenta a tendência à aterosclerose As LDLs plasmáticas entram na parede arterial e depositam seu conteúdo lipídico lá causando o acúmulo de colesteril ésteres Quanto mais alta a concentração plasmática de LDL maior a tendência de deposição de lipídio A relação entre a elevação de LDL e o acúmulo de lipídio na parede arterial foi estabelecida pelo defeito de ligação de LDL descoberto em fibroblastos de pele de pacientes com hipercolesterolemia familiar Figura 1 Estudos realizados por Brown e Goldstein mostraram que fibroblastos de pele mantidos em cultura obtidos de pacientes com hipercolesterolemia familiar ou não têm ou têm defeituosos os receptores de membrana plasmática de alta afinidade por LDL Os homozigotos para esta doença geralmente exibem uma completa ausência de receptores para LDL enquanto os heterozigotos apresentam uma deficiência destes receptores Isto é ilustrado esquematicamente na Figura 2 Devido a esta deficiência ou ausência dos receptores para LDL a captação pelo mecanismo do receptor de alta afinidade é defeituosa LDL acumulase no plasma porque o mecanismo de depuração normal que opera através do receptor de LDL é defeituoso À medida que a concentração plasmática de LDL cresce mais se acumula na íntima arterial o espaço entre as células endoteliais e musculares lisas Isto atrai macrófagos derivados de monócitos sanguíneos para a área Uma parte dos lipídios contidos na LDL depositada parece sofrer autooxidação convertendo LDL a uma forma que pode ser captada pelos macrófagos Os macrófagos ricos em lipídios são chamados células esponjosas e são parte da lesão aterosclerótica em desenvolvimento Lesão aterosclerótica avançada Finalmente o depósito lipídico dispara uma reação fibrótica na parede arterial e colágeno é depositado formando uma placa fibrosa Neste ponto o processo não é mais completamente reversível Cálcio depositase na placa e a lesão cresce o resultado é uma diminuição no diâmetro do canal através do qual o sangue flui Subseqüentemente a placa pode degenerar produzindo superfície da intima rugosa Isto juntamente com a turbulência aumentada do fluxo sanguíneo resultante do lúmen arterial estreitado predispõe à formação de coágulo dentro do canal sanguíneo Se a oclusão do canal persistir as células que são normalmente supridas de oxigênio pelo vaso tornarseão anóxicas e finalmente morrerão a morte de tecido é chamada infarto Aterosclerose pode ocorrer em muitas artérias diferentes e a doença clínica resultante depende de que vasos estão envolvidos As localizações mais freqüentes no homem são as artérias coronárias levando ao infarto do miocárdio que é conhecido comumente como ataque do cardíaco Xantomatose Xantomas são coleções de lipídios principalmente colesteril éster na pele ou nas bainhas de tendões Os xantomas estão freqüentemente associados com e são um sinal de severa hipercolesterolemia e aterosclerose prematura Tratamento de hipercolesterolemia Baixar a concentração plasmática de colesterol em pacientes que têm hipercolesterelemia é considerado por muitos médicos como sendo de ajuda na prevenção da aterosclerose e no tratamento de lesões ateroscleróticas existentes Concentrações plasmáticas aumentadas de LDL particularmente em homens de meia idade têm se correlacionado com uma incidência aumentada de infarto do miocárdio uma das mais graves conseqüências do processo aterosclerótico O tratamento médico moderno é direcionado portanto para uma redução das concentrações plasmáticas do colesterol de LDL O raciocínio é que se a LDL plasmática puder ser reduzida haverá uma menor tendência de a LDL se acumular na parede arterial e disparar a formação de novas lesões ateroscleróticas e o crescimento das lesões existentes Além disso se conseguir uma redução suficiente de LDL as evidências sugerem que uma parte das lesões existentes possa até sofrer regressão e diminuir Este tratamento efetivo da hipercolesterolemia pode só não evitar o progresso da aterosclerose mas também pode levar a uma melhora nas artérias já doentes Figura 2 Questões 1 Como o colesterol da dieta entra em seu pool hepático 2 Mostre como o colesterol pode se originar de glicose proteínas e ácidos graxos 3 Que papel a HMGCoA redutase desempenha na biossíntese do colesterol Quais são as diferentes formas de regulação da atividade desta enzima 4 Como o colesterol hepático é transportado para os tecidos periféricos 5 O que é transporte reverso do colesterol 6 Quais as funções da HDL 7Qual o erro genético responsável pelo aumento do colesterol plasmático na hipercolesterolemia familiar Por que aumenta LDL 8 Qual a relação entre a concentração intracelular de colesterol e o número de receptores para LDL 9Qual é o propósito de se prescrever uma droga que inibe a HMGCoA redutase Há uma base fisiológica para que esta enzima seja o alvo de uma terapia como droga hipocolesterolêmica 10Por que o paciente deveria ser submetido a uma dieta pobre em colesterol se ele também estava tomando uma droga como inibidor da HMGCoA redutase 11Qual o fundamento da administração oral de resinas que se ligam aos sais biliares introduzido no tratamento 12 Qual a relação entre o aumento de LDLcolesterol e aterosclerose GD Biossíntese de TAG Colesterol e Transporte de Lipoproteínas 1 Por que o indivíduo portador de diabetes tipo I tem a via de biossíntese de TAG comprometida Explique 2 Como é formado o glicerol3P necessário à biossíntese de triacilgliceróis e fosfolipídeos 3 O glucagon promove ao mesmo tempo a inibição da via glicolítica no tecido adiposo e a estimulação da gliconeogênese no fígado Como as células adiposas mantem o nível de glicerol 3P altos mesmo sem a alta atividade da via glicolítica na presença de glucagon Explique 4 Colesterol é sempre visto por leigos como um vilão mas qual é a sua importância biológica 5 Quais são as fontes de carbono e de energia para a síntese de colesterol 6 Por que o as lipoproteínas HDL e LDL são conhecidas como colesterol bom e ruim respectivamente 7 Que papel o HDL desempenha no metabolismo dos QL da VLDL e seus remanescentes 8 Por que o consumo de margarina pode elevar a relação LDLHDL2 9 Por que o consumo elevado de açúcar aumenta os níveis de LDL 10 Por que o consumo de óleo de oliva pode reduzir a relação LDLHDL2 11 Qual o erro genético responsável pelo aumento do colesterol plasmático na hipercolesterolemia familiar Por que aumenta LDL 12 Qual o papel da LDL na aterosclerose 13 Qual o fundamento da administração oral de resinas que se ligam aos sais biliares e das estatinas substâncias que se assemelham ao mevalonato lovastatin introduzidas no tratamento de indivíduos hipercolesterolêmicos 14 Que papel a HMGCoA redutase desempenha na biossíntese do colesterol Quais são as diferentes formas de regulação da atividade desta enzima Faça um esquema 15 Esquematizar a reação catalisada pela lipase hormônio sensível dos adipócitos Descrever a regulação da enzima GD Ciclo de Krebs e Cadeia Respiratória 1 Citar o local onde se processa as reações do ciclo de Krebs e por que existe o processo de compartimentalização de reações 2 O que é reação anaplerotica e por que o ciclo de Krebs e considerado uma via anfibólica 3 Cite as reações que sofrem regulação alostérica negativa e positiva no ciclo do ácido cítrico e sugira como isto ocorre Figura 1 Ciclo do ácido cítrico 4 Embora o oxigênio não participe diretamente do ciclo do ácido cítrico este último opera apenas quando o O2 está presente Por quê 5 Um homem de 45 anos de idade é admitido no pronto atendimento em razão de complicações por alcoolismo crônico Na avaliação o paciente encontrase gravemente desnutrido e os níveis sangüíneos de vitaminas B hidrossolúveis são muito baixos O paciente apresenta também vários ácidos orgânicos na urina particularmente piruvato e alfacetoglutarato Porque especificamente a vitamina B1 deste paciente está tão baixa Porque estes ácidos estão acima dos valores normais A falta desta vitamina provocará que sintomas 6 O que é fosforilação oxidativa Qual a sua importância Este processo ocorre numa velocidade constante nos seres vivos 7 Qual o destino dos pares de átomos de hidrogênio removidos do ciclo de Krebs e doados às coenzimas NAD e FAD pela ação de desidrogenases específicas 8 Qual é o receptor final de elétrons nos organismos aeróbicos Este receptor só recebe elétrons oriundos do ciclo de Krebs 9 Em que regiões da mitocôndria ocorrem os processos metabólicos ciclo de Krebs transporte de elétrons e fosforilação oxidativa 10 Podese representar a transferência de elétrons na cadeia respiratória mitocondrial como se segue NADH H 1202 H2O NAD ΔE 114V a calcule o ΔGo para a mesma reação b quantas moléculas de ATP podem teoricamente ser geradas por esta reação considerandose que a energia livre para síntese de ATP nas condições celulares é 12kcal ATP H2O ADP Pi ΔG 73 Kcalmol de ATP 11 Mostre como o consumo de O2 pela cadeia respiratória é regulada pela relação ATP ADP 12 Como a cadeia respiratória coopera com a ATP sintetase para a realização da fosforilação oxidativa do ADP a ATP Escrever sobre a hipótese quimiostática 12 Qual a função primária do transporte de elétrons mitocondrial A energia do transporte de elétrons pode ser utilizada em outros propósitos biológicos Exemplifique 13 Por que a energia liberada durante o transporte de elétrons no tecido gorduroso marrom não é utilizada na síntese de ATP Por que ele é marrom GD Metabolismo de aminoácidos 1 Esquematizar a conversão de proteínas em aminoácidos até o fígado Cite e explique as três situações 2 Citar o principal produto da excreção de nitrogênio no homem 3 Descrever como a Carbamoilfosfato sintetase I é regulada 4 A amônia é um composto tóxico para o organismo animal Mostrar como a amônia produzida nos tecidos extrahepáticos é transportada para o fígado Descrever como a glutamina sintetase é regulada 5 Definir aminoácidos glicogênicos cetogênicos e mistos 6 Uma dieta popular alguns anos atrás para redução de massa corporal exigia a ingestão diária de proteína líquida uma sopa comercial de gelatina hidrolisada água e complexo vitamínico Todos os demais alimentos deveriam ser evitados Tipicamente as pessoas nesta dieta perdem ao redor de 4 a 6 quilos na primeira semana a Os opositores desta dieta argumentam que a perda de peso é quase que inteiramente de água e será recuperada quase que imediatamente quando uma dieta normal for reimplantada Qual é a base bioquímica desta argumentação b Um certo número de pessoas que se dispuseram a cumprir esta dieta morreu durante a mesma Quais são os perigos inerentes a esta dieta e como podem conduzir a morte c Por que as pessoas desta dieta de alta proteína são instruídas a beber grandes quantidades de água 7 Quando e por que os aminoácidos alanina e glutamina estão presentes no plasma humano em concentrações muito maiores do que qualquer outro aminoácido Explique 8 Quando as transaminases estão atuando ativamente os níveis de glicose sanguínea aumentam consideravelmente Este aumento de glicose sanguínea é acompanhado do aumento da produção de uréia Explicar utilizando inclusive as equações das reações químicas envolvidas 9 Aspartatotransaminase apresenta a maior atividade entre todas as transaminases hepáticas Explique 10 Fale sobre a importância do ciclo da glicosealanina 11 Fenilalanina é um aminoácido essencial E a tirosina Por que A tirosina é um aminoácido essencial em pacientes com fenilcetonúria Explique 12 Ratos alimentados com dieta desprovida de aspartato e de alanina apresentam crescimento normal quando a dieta não contém fenilalanina desenvolvemse sintomas de carência que são revertidos pela adição de fenilpiruvato Justificar LER O CAPÍTULO Bioenergética e Metabolismo Princípios de Bioenergética GD Bioenergética e Introdução ao Metabolismo 1 Explique o que é catabolismo e anabolismo e cite suas diferenças em relação a utilização e geração de energia nas células Exemplifique tais reações 2 Definir intermediários metabólicos Exemplificar utilizando esquemas de vias metabólicas lineares e cíclicas 3 De que forma a energia livre liberada da glicose e de outros combustíveis celulares durante seu catabolismo é conservada 4 as reações apresentadas abaixo são catalisadas por enzimas e importantes no metabolismo Calcule a variação da energia livrepadrão a 25oC a partir das constantes de equilíbrio dadas pH 70 a glutamato oxaloacetato aspartato cetoglutarato Keq 68 b diidroxiacetona fosfato gliceraldeído fosfato Keq 0048 c frutose 6fosfato ATP frutose 16bifosfato ADP Keq 254 5 Calcule as constantes de equilíbrio das seguintes reações em pH 70 e 25oC use os valores de Go apresentados abaixo a glicose 6fosfato H2O glicose fosfato G 33 kcalmol b lactose H2O glicose galactose G 38kcalmol c malato fumarato H2O G 075 Kcalmol 6 Se uma solução de glicose 1fosfato 01M é incubada com uma quantidade catalítica de fosfoglicomutase a glicose 1fosfato é transformada em glicose 6fosfato No estado de equilíbrio as concentrações dos componentes da reação são as seguintes glicose1fosfato glicose6fosfato 45 x 103M 96 x 102M Calcule a Keq e o Go para esta reação a 25oC Que conclusões podem ser tiradas deste valor de Go 7 Qual a razão da energia livre real liberada da hidrólise do ATP em miócitos de rato em comparação com neurônios de rato Interprete a resposta neurônios ATP 259 mM ADP 073 mM Pi 272 mM miócitos ATP 805 mM ADP 093 mM Pi 805 mM GD Glicólise e Vias afluentes 1 Exponha um esquema geral das etapas mostrando a conversão de 1 mol de glicose a 2 mols de piruvato e as vias metabólicas que este produto pode seguir dependendo do organismo considerado e das condições metabólicas em que se encontra 2 A glicólise ocorre através de intermediários fosforilados Indique as três funções desempenhadas pelos grupos fosfatos nestes intermediários 3 Sabendose que glicose 2 lactato G º 196 KJmol i ATP ADP Pi G º 305 KJmol Qual a quantidade de energia que a célula armazena a partir de 1mol de glicose pela sua degradação através da via glicolítica convertendo glicose em lactato Qual a porcentagem de energia armazenada pela célula em condições padrões e qual o destino da energia não utilizada na formação do ATP 4 Dispondo de uma solução contendo glicose e todas as enzimas da via glicolítica listar os compostos que devem ser adicionados para a conversão do açúcar a lactato 5 Qual reação gera 2 moléculas de H2O 6 Suponha que foi descoberta uma levedura mutante cuja via glicolítica tem uma etapa a menos devido a presença de uma enzima que catalisa a seguinte reação Gliceraldeído 3fosfato H2O NAD 3Fosfoglicerato NADH H Como essa mutação afeta a produção anaeróbica de ATP E a produção aeróbica 7 Bisulfito de sódio é um inibidor da lactato desidrogenase Células anaeróbicas que fazem exclusivamente a fermentação láctica acumulam grandes quantidades de glicose quando inibida por bisulfito Explicar 8 Como ocorre o controle da via glicolítica ao nível da enzima alostérica hexoquinase 9 Há alguma relação entre galactosemia e intolerância à lactose 10 Citar a enzima deficiente na galactosemia humana citando a principal conseqüência do acúmulo de galactose no sangue 11 Citar as causas da intolerância à lactose Quais as conseqüências da presença da lactose na dieta de indivíduos intolerantes à lactose 12 Explicar de que forma a remoção da lactose da dieta impede o aparecimento da galactosemia e da intolerância à lactose Incluir na sua resposta a distinção entre os dois distúrbios 13 7 Uma mulher galactosêmica será capaz de produzir lactose Explique GD de Biossíntese de Ácidos graxos e TAG 1 Qual a diferença entre o armazenamento de carboidratos e triglicerídeos 2 Qual é o destino do excesso de carboidratos na dieta 3 Por que NADPHNADP é alto no citosol enquanto NADNADH é baixo Explique 4 Onde ocorre a biossíntese de ácidos graxos Qual o destino dos ácidos graxos sintetizados 5 Se a síntese de ácidos graxos estiver sendo feita exclusivamente a partir da degradação de glicose quantas moléculas de glicose são necessárias para a síntese do esqueleto carbônico do palmitato Demonstre 6 Como a deficiência de biotina afetaria a síntese de ácidos graxos 7 Como é feito o controle da acetilCoA carboxilase Cite os ativadores e inibidores controle alostérico e os efeitos do hormônio glucagon e insulina 8 Por que o linoleato e linolenato são considerados ácidos graxos essenciais 9 Por que o indivíduo portador de diabetes tipo I tem a via de biossíntese de TAG comprometida Explique 10 Como é formado o glicerol3P necessário à biossíntese de triacilgliceróis e fosfolipídeos 11 O glucagon promove ao mesmo tempo a inibição da via glicolítica no tecido adiposo e a estimulação da gliconeogênese no fígado Como as células adiposas mantem o nível de glicerol3P altos mesmo sem a alta atividade da via glicolítica na presença de glucagon Explique Caso Clínico Galactosemia Caso Um recém nascido apresentou vômitos e diarréia freqüentes a partir do 4o dia de vida o que causou uma perda de peso significativa Foi constatado no 20o dia de vida icterícia hepatomegalia e ligeira opacificação do cristalino Os exames laboratoriais revelaram aumento de bilirrubina conjugada e não conjugada aumento de açúcares redutores na corrente sangüínea e presença de galactose na urina galactosúria O diagnóstico de galactosemia foi estabelecido e receitada uma dieta a base de soja Com esta dieta os sintomas foram desaparecendo gradativamente e a criança apresentou um desenvolvimento normal Questões 1A galactosemia pode ser causada pela ausência ou deficiência de quais enzimas 2Quais os sintomas que aparecem em decorrência da galactosemia 3Quais as principais fontes alimentares que contêm a galactose 4Explique os eventos bioquímicos responsáveis pelo aparecimento dos sintomas da galactosemia 5Como pode ser feito o diagnóstico da galactosemia 6Qual o tratamento mais adequado para indivíduos galactosêmicos 7Algumas crianças com galactosemia se tratadas convenientemente poderão ingerir leite quando adultas Por que 8A galactose é um monossacarídeo constituinte de glicoproteínas de membranas plasmáticas Como os indivíduos galactosêmicos poderão sintetizar galactose para as suas glicoproteínas se suas dietas deverão ter um baixo teor de lactose 9Explique as diferenças clínicas e bioquímicas dos quadros de galactosemia e os quadros de intolerância secundária à lactose Comentário A galactosemia referese principalmente a qualquer um de dois erros inatos do metabolismo da galactose ambos de caráter autossômico recessivo A galactosemia clássica devese à deficiência da enzima galactose1fosfato uridiltransferase e suas principais manifestações clínicas surgem dentro de poucos dias ou semanas após o nascimento normalmente o recémnascido tem vômitos e diarréia severos depois da ingestão de leite ou preparados do leite Pode surgir icterícia hepatomegalia problemas renais e cataratas que se desenvolvem gradualmente durante semanas a meses O retardo mental tornase evidente após seis a doze meses Calculase que a incidência desta deficiência esteja em torno de 118000 nascimentos A deficiência da 2a enzima a galactoquinase leva primordialmente à formação de cataratas e estimase que 1 em cada 40000 nascimentos apresenta o problema A principal fonte alimentar que contém a galactose é a lactose um dissacarídeo presente no leite formado por uma molécula de glicose e uma de galactose Este dissacarídeo é normalmente hidrolisado pela lactase intestinal e a galactose absorvida é convertida em intermediários da via glicolítica ou em glicogênio pelo fígado A deficiência da uridiltransferase causa o acúmulo de galactose1fosfato principalmente nas células do tecido nervoso fígado rins e cristalino O acúmulo da galactose1fosfato além de ser responsável pelos danos teciduais locais eventos bioquímicos ainda não esclarecidos causa inibição da enzima galactoquinase Parte da galactose retorna à corrente sangüínea o que causa a hipergalactosemia com galactosúria Parte da galactose pode ser reduzida em galactitol pela enzima aldose redutase presente principalmente nas células hepáticas epitélio cristalino células de Schwann dos nervos periféricos papilas renais e vesículas seminais Nas células do epitélio cristalino o acúmulo do galactitol causa um aumento da osmolaridade devido a sua difícil difusão o que resulta na retenção de água além da diminuição de solubilidade das proteínas da lente A conseqüência é a inchação e opacificação da lente com formação da catarata A deficiência da galactoquinase causa o mesmo problema Danos hepáticos comprometem o metabolismo dos pigmentos porfirínicos normalmente a bilirrubina proveniente da degradação da hemoglobina nos tecidos hemocateréticos é captada pelo fígado conjugada com o ácido glicurônico e lançada na bile para ser excretada Distúrbios hepáticos freqüentemente prejudicam a captação da bilirrubina o que causa a sua elevação na corrente sangüínea Quanto ao diagnóstico a galactosemia clássica pode ser considerada quando se encontra um ou mais dos aspectos clínicos descritos O diagnóstico definitivo consiste na demonstração de ausência ou deficiência da uridiltransferase nas hemácias ou galactoquinase Atualmente utilizando técnicas mais sofisticadas o diagnóstico também pode ser realizado no período prénatal pela demonstração de aumento do galactitol no líquido amniótico ou mediante estudos enzimáticos em células cultivadas obtidas por aminocentese Vale lembrar que estes testes são particularmente importantes em famílias com o histórico da doença O tratamento da galactosemia consiste na remoção da dieta dos alimentos que contém galactose especialmente o leite sendo que pode ser substituído por preparações de soja Ressaltamos que se tratados convenientemente os pacientes sobrevivem normalmente e alguns poderão ingerir leite quando adultos devido a síntese de uma outra enzima galactose1fosfatopirofosforilase a qual catalisa a mesma reação que a uridiltransferase A intolerância secundária à lactose é decorrente da deficiência da enzima lactase intestinal Nesta deficiência a lactose não é hidrolisada e alcançando o intestino grosso será utilizada pelas bactérias da flora normal Glicose e galactose serão fermentadas por estas e os produtos finais Lactato Acetato Gases etc lançados ao meio A presença destes no lúmen causa fortes efeitos osmóticos com muita saída de água das células do epitélio para a luz O resultado é a diarréia que aparece de 3 a 6 horas após a ingestão do leite Observando a via de utilização da galactose vemos que as reações 3 UDPGalactose UDPGlicose 4 UDPGlicose Glicose1Fosfato e 5 Glicose1Fosfato Glicose6Fosfato são reversíveis Isto possibilita às células sintetizarem a UDPgalactose a partir de glicose da dieta Portanto mesmo que nossa alimentação não contenha a galactose temos capacidade de sintetizála e daí ofertála às vias de síntese das glicoproteínas e glicolipídeos que necessitarem dela O mesmo ocorrerá com as lactantes na síntese da lactose pelas glândulas mamárias Via de utilização da galactose pelas nossas células Enzimas Aldose redutase encontrada principalmente no fígado epitélio do cristalino células de Schwann dos nervos periféricos papilas renais e vesículas seminais fisiologicamente não importante a menos que a galactose esteja em concentrações elevadas 1 Galactoquinase 2 Galactose1Fosfatouridiltransferase 3 UDPhexose4epimerase 4 Glicose1 FosfatoPirofosforilase 5 Fosfoglicomutase 6 Galactose1Fosfatopirofosforilase GD Gliconeogênese 1 Que via permite a continuidade do metabolismo cerebral em relação a obtenção de sua energia após o esgotamento da reserva de glicogênio hepático Explique 2 Quais reações da glicólise são substituídas para que a síntese de glicose seja possível a partir de piruvato Cite as enzimas seus reagentes e produtos de cada reação Qual o balanço energético em números de ATPs 3 Quais são os destinos do piruvato dentro da mitocôndria Explique como a célula direciona o piruvato para cada destino 4 Como é possível a síntese de glicose a partir de das reservas de triacilglicerídeos Há gasto de ATP para entrada dos carbonos na glicólise 5 É possível produzir glicose a partir de alanina ou lactato Explique como estas vias ocorrem 6 Qual a importância da molécula frutose 26 bisfosfato na regulação da glicólise e da gliconeogênese Quais são os mecanismos extra e intracelulares que influenciam na concentração desta molécula Explique cada mecanismo