Bioquímica Metabólica

Autores Prof Enny Fernandes Silva Profa Maristela Tsujita Colaboradores Prof Juliano Rodrigo Guerreiro Profa Laura Cristina da Cruz Dominciano Bioquímica Metabólica Professoras conteudistas Enny Fernandes Silva Maristela Tsujita Todos os direitos reservados Nenhuma parte desta obra pode ser reproduzida ou transmitida por qualquer forma eou quaisquer meios eletrônico incluindo fotocópia e gravação ou arquivada em qualquer sistema ou banco de dados sem permissão escrita da Universidade Paulista Dados Internacionais de Catalogação na Publicação CIP S586p Silva Enny Fernandes Bioquímica Metabólica Enny Fernandes Silva Maristela Tsujita São Paulo Editora Sol 2020 164 p il Nota este volume está publicado nos Cadernos de Estudos e Pesquisas da UNIP Série Didática ISSN 15179230 1 Enzimas 2 Ácidos nucleicos 3 Vitaminas I Silva Enny Fernandes II Tsujita Maristela III Título CDU 5771 U50890 20 Enny Fernandes Silva Graduada em Ciências Biológicas modalidade médica pela Universidade de Santo Amaro Unisa 1981 é especialista em clonagem em Bacillus subtillis pelo Public Heath Department of the City of New York 1982 mestre em Bioquímica na área de biologia celular e molecular 1989 e doutora em Bioquímica na área de biologia celular e molecular pela Universidade de São Paulo USP 2003 Iniciou seu pósdoutorado na Faculdade de Medicina da USP com o Dr Roger Chammas na área de adesão celular Foi chefe do Departamento de Engenharia Química na Fundação Armando Alvares Penteado FAAP 19942000 onde também ministrou a disciplina de Bioquímica das Fermentações para Engenharia Química e Meio Ambiente para Engenharia Civil Engenharia Mecânica Engenharia Mecatrônica Engenharia Metalúrgica Engenharia Elétrica Engenharia Eletrotécnica e Engenharia Química Foi professora de Bioquímica Básica e Clínica no Instituto de Pesquisa e Educação em Saúde de São Paulo Ipesp Desde 1990 é professora de Bioquímica Estrutural Bioquímica Metabólica Bioquímica Clínica Físicoquímica Enzimologia Patologia Biotecnologia e Ciências do Ambiente Saneamento na Universidade Paulista UNIP É responsável pela disciplina de Bioquímica do curso de Especialização em Análises Clínicas da Faculdade de Medicina de São José do Rio Preto Famerp É coordenadora do curso de Biomedicina do campus Cidade Universitária da UNIP Tem experiência na área de bioquímica com ênfase em vias de sinalização atuando principalmente nos seguintes temas óxido nítrico câncer vias de sinalização apoptose e adesão focal celular Maristela Tsujita Graduada em Farmácia pela Universidade de São Paulo USP 1999 é mestre 2004 e doutora 2016 em Análises Clínicas pela mesma instituição Trabalhou no laboratório de Imunopatologia da Fundação PróSangue hemocentro de São Paulo onde atuou no diagnóstico de neoplasias hematológicas por citometria de fluxo e no banco de sangue do Hospital SírioLibanês como supervisora do laboratório de criopreservação de célulastronco para transplante de medula óssea É professora de disciplinas dos cursos de Biomedicina Enfermagem Farmácia e Nutrição na UNIP Além disso é docente da disciplina Hematologia Clínica do curso de Especialização em Análises Clínicas da Faculdade de Medicina de São José do Rio Preto Famerp Na área de pesquisa tem experiência em Bioquímica com ênfase em sinalização celular óxido nítrico e câncer e em hematologia clínica no estudo do nicho hematopoiético Prof Dr João Carlos Di Genio Reitor Prof Fábio Romeu de Carvalho ViceReitor de Planejamento Administração e Finanças Profa Melânia Dalla Torre ViceReitora de Unidades Universitárias Profa Dra Marília AnconaLopez ViceReitora de PósGraduação e Pesquisa Profa Dra Marília AnconaLopez ViceReitora de Graduação Unip Interativa EaD Profa Elisabete Brihy Prof Marcello Vannini Prof Dr Luiz Felipe Scabar Prof Ivan Daliberto Frugoli Material Didático EaD Comissão editorial Dra Angélica L Carlini UNIP Dr Ivan Dias da Motta CESUMAR Dra Kátia Mosorov Alonso UFMT Apoio Profa Cláudia Regina Baptista EaD Profa Deise Alcantara Carreiro Comissão de Qualificação e Avaliação de Cursos Projeto gráfico Prof Alexandre Ponzetto Revisão Jaci Albuquerque Juliana Muscovick Sumário Bioquímica Metabólica APRESENTAÇÃO 9 INTRODUÇÃO 9 Unidade I 1 ENZIMAS 11 11 Classificação e nomenclatura 14 12 Cinética enzimática fatores que alteram a velocidade de uma reação enzimática 15 13 Inibidores da atividade enzimática 18 14 Gráficos de LineweaverBurk 20 15 Enzimas alostéricas e isoenzimas 21 151 Enzimas alostéricas 21 152 Isoenzimas 21 16 Enzimologia clínica 22 17 Erros metabólicos hereditários 23 171 Fenilcetonúria e albinismo 24 172 Albinismo 25 173 Galactosemia 26 174 Doença de von Gierke ou glicogenose tipo I 26 175 Cretinismo 26 2 CARBOIDRATOS 27 21 Digestão dos carboidratos 27 22 Transportadores de glicose 28 23 Glicólise 30 24 Ciclo de Krebs 39 25 Cadeia respiratória 44 26 Metabolismo do glicogênio glicogênese e glicogenólise 48 27 Gliconeogênese 52 28 Via das pentoses 55 3 LIPÍDIOS 57 31 Processo de liberação de lipídeos do tecido adiposo 58 32 Ciclo de Lynen61 33 Aproveitamento do glicerol 61 34 Regulação da lipólise 62 35 Lipogênese ou biossíntese de ácidos graxos 64 36 Formação de triglicerídeos 65 37 Regulação da síntese de ácidos graxos 67 38 Cetogêsene ou síntese de corpos cetônicos 67 39 Síntese de corpos cetônicos 68 310 Consequências da cetogênese 69 4 COLESTEROL 71 41 Síntese de colesterol 71 42 Principais etapas da síntese do colesterol 72 43 Regulação da síntese do colesterol 72 44 Transporte do colesterol 74 45 Degradação do colesterol 75 46 Arteriosclerose 76 Unidade II 5 ÁCIDOS NUCLEICOS 82 51 Síntese de nucleotídeos e bases nitrogenadas 84 52 Síntese de DNA replicação ou duplicação 84 53 Transcrição síntese de RNA 88 54 Transcrição reversa91 55 Degradação de DNA e RNA 92 56 Formação de ácido úrico 93 6 AMINOÁCIDOS E PROTEÍNAS 95 61 Síntese de aminoácidos 95 62 Síntese de proteína tradução 95 621 Ativação de aminoácidos 95 622 Iniciação 96 623 Elongação 96 624 Terminação 98 63 Inibidores da síntese de proteínas 99 64 Modificações póstraducionais 100 65 Degradação de proteínas e aminoácidos 101 651 Transaminação 103 652 Desaminação 105 653 Ciclo da ureia 106 Unidade III 7 GRUPO HEME 112 71 Estrutura química do grupo heme 113 72 Síntese do grupo heme 114 73 Porfirias116 74 Degradação do grupo heme 118 8 VITAMINAS E SAIS MINERAIS 121 81 Vitaminas 121 811 Vitamina A 122 812 Vitamina D 126 813 Vitamina E 130 814 Vitamina K 130 815 Complexo B 133 816 Vitamina C ácido ascórbico 139 82 Sais minerais 141 821 Cálcio 141 822 Fósforo 143 823 Magnésio 143 824 Sódio cloreto e potássio 143 825 Ferro 144 826 Zinco 144 827 Selênio 144 828 Cobre 145 829 Iodo 145 9 APRESENTAÇÃO A bioquímica estuda as reações químicas e biológicas dos seres vivos Essas reações são fundamentais para o entendimento dos processos que permitem a manutenção da vida e o desenvolvimento de tecnologias que permitem melhor qualidade de vida A presente disciplina tem como objetivo geral capacitar o aluno a entender os processos bioquímicos que regulam a função celular e fornecer uma visão integrada do metabolismo energético O aluno terá conhecimentos a respeito das principais vias de síntese e degradação de carboidratos lipídios e proteínas A disciplina também abordará conceitos fundamentais de bioenergética do grupo heme e das vitaminas e sais minerais INTRODUÇÃO Desde a Antiguidade a bioquímica está presente na vida do ser humano por exemplo nos processos fermentativos de produção de queijos e cervejas Também nos deparamos com a bioquímica nas conversas entre amigos ou quando é abordada em rádio televisão e redes sociais Inúmeras vezes ouvimos informações a respeito de diabetes emagrecimento doença celíaca intolerância à lactose entre outras Será que todas as informações veiculadas são verdadeiras Por outro lado é crescente o interesse da comunidade científica e da população por essas informações A bioquímica está presente na indústria de alimentos cosméticos medicamentos agricultura medicina diagnóstica e cabe aqui destacar que o entendimento da estrutura do DNA ácido desoxirribonucleico e a compreensão da importância do gene na síntese proteica foi o marco para o desenvolvimento da biotecnologia que engloba a produção de alimentos transgênicos estudos com célulastronco técnicas de clonagem e fabricação de imunoterápicos Esta disciplina faz parte do currículo de muitos cursos da saúde o que indica sua característica multidisciplinar Os conhecimentos aqui adquiridos são fundamentais para a formação dos profissionais de saúde uma vez que possibilita ao discente a compreensão dos processos biológicos a nível molecular o que viabiliza o entendimento dos mecanismos celulares O entendimento das reações orgânicas é imprescindível para a compreensão das reações de anabolismo e catabolismo entretanto é importante que você tenha uma visão ampla sobre como essas reações estão relacionadas bem como do papel das enzimas e seu controle nessas reações 11 BIOQUÍMICA METABÓLICA Unidade I 1 ENZIMAS Enzimas são exemplos de proteínas que coordenam as reações químicas pois são responsáveis pela catálise isto é deixam as reações mais rápidas Apesar de serem exemplos de proteínas não são estudadas a fundo em bioquímica estrutural por seu papel importante no metabolismo Hormônios como insulina ou adrenalina ATP metabólitos como glicose citrato entre outros podem ativar essas enzimas ou inibilas controlando a velocidade das vias metabólicas e por consequência o metabolismo como um todo Se uma via for ativada formará muito produto e ao contrário pode não formar produto suficiente para as reações subsequentes e a via em questão ou esse determinado metabolismo pode ser de carboidrato proteínas lipídeos heme ficará prejudicado Essa é a razão de estarmos estudando enzimas nesse contexto da bioquímica metabólica as enzimas irão comandar o metabolismo mediante a substância efetuador que se ligará a ela Observação As enzimas são proteínas mas em 1981 foi descoberto um tipo com características diferentes das já conhecidas as ribozimas moléculas de RNA com capacidade autocatalítica semelhante às enzimas também chamada RNA catalítico descritas em vírus procariotos e em eucariotos Estão relacionadas com o processamento ou maturação do RNA e a síntese de proteínas Os pesquisadores Altman e Cech ganharam o Prêmio Nobel de Química em 1989 pela descoberta dos RNAs catalíticos Acreditase que podem ter papel na terapêutica de doenças podendo ser usadas na inativação de oncogenes celulares e de alguns retrovírus como o vírus da aids A função dessa pequena molécula de catalisar reações levou a especulações sobre a origem da vida e alguns cientistas acreditam que a vida não teria começado a partir de proteínas e sim no RNA ou seja seria a primeira forma de vida na Terra e que depois teria sido englobada por uma membrana celular formando DNA e proteínas e portanto dando início à primeira célula procariota 12 Unidade I Saiba mais Para mais detalhes sobre enzimas e especificamente sobre ribozimas leia o artigo CECH T R RNA as an enzyme Scientific American v 255 n 5 p 7684 1986 Por definição enzimas são catalizadores biológicos de alta especificidade Mas o que significa isso Catalizadores aumentam a velocidade da reação Biológico provêm de um ser vivo Alta especificidade catalisam uma reação específica Para que ocorra o aumento da velocidade a enzima deve promover a diminuição da energia de ativação energia necessária para que os reagentes cheguem ao estado de transição e ocorra a reação química tornando o caminho menor e mais rápido figura a seguir Energia Estado de transição Reagentes Ea sem catalisador Ea com catalisador Produtos Caminho da reação Figura 1 Gráfico da energia versus caminho da reação com enzima a energia para chegar no estado ativado é menor o que leva a uma maior velocidade para gerar produtos 13 BIOQUÍMICA METABÓLICA Podemos dizer que as enzimas alteram a velocidade e a energia de ativação e não alteram a natureza das reações se a reação é endotérmica não a torna exotérmica não muda as concentrações finais das reações se é 1A 1B não vai mudar para 1A 100B nem a constante de equilíbrio que depende das concentrações dos produtos e reagentes entalpia ΔH e entropia ΔG O substrato também chamado reagente será a substância que irá se modificar pela ação da enzima logo após se ligar ao local especial chamado sítio ativo ou catalítico Sabendose que a enzima é uma molécula polipeptídica que apresenta estrutura terciária ou quaternária enovelada ou seja tem forma ou estrutura tridimensional globosa como uma esfera que terá uma depressão que se encaixa ao substrato os aminoácidos do sítio ativo direcionam o substrato o posicionam corretamente no sítio ativo para que seja corretamente modificado por exemplo aminoácidos negativos do sítio ativo da enzima posicionam regiões positivas do substrato de tal forma a combinarem com esse local Enzima Substrato Sítio ativo Figura 2 Esquema de encaixe de um substrato no sítio ativo da enzima Para entender como se mede a quantidade da enzima medida em concentração de atividade enzimática UmL em uma amostra biológica temos que entender o que é atividade enzimática Por definição da bioquímica segundo a International Union of Biochemistry and Molecular Biology IUBMB e a International Union of Pure and Applied Chemistry Iupac 1 unidade 1U de atividade enzimática corresponde à quantidade de enzima que catalisa uma reação que formará 1 micromol de produto por um determinado período de tempo em condições padrões Existem muitas enzimas com especificidades diferentes para diferentes reações Há ocasiões em que se precisa ter sua atividade muito maior mais rápida ou menor mais lenta então as enzimas precisam sofrer regulação da sua atividade ou velocidade por substâncias como hormônios metabólitos NADH ATP por exemplo que irão modular sua velocidade aumentando ou diminuindo a velocidade de reações pertencentes a uma determinada via metabólica em que se insere 14 Unidade I Observação Enzimologia é a parte da bioquímica que estuda o comportamento das enzimas nas reações Muitas reações são extremamente lentas mas nosso corpo precisa dos produtos imediatamente para outras reações pois eles serão substratos de outras enzimas criando uma rede de reações que chamamos de metabolismo ou via metabólica As enzimas como as outras proteínas podem ser separadas para serem estudadas por carga tamanho ou solubilidade e usadas para várias finalidades desde farmacológicas até para outros usos como por exemplo amaciamento da carne feito pela bromelina encontrada no abacaxi amilase usada para branqueamento de peças de roupa e amaciamento de tecidos renina na coagulação de leite para obtenção de queijo etc Algumas enzimas requerem ligação a moléculas não proteicas chamadas cofatores para que possam exercer a sua atividade Os cofatores são íons metálicos como Ca2 Zn2 que irão para o sítio ativo e estão envolvidos na reação catalítica Pode acontecer de a enzima precisar de mais ajuda para a catálise as coenzimas que são pequenas moléculas que transportam grupos químicos de um substrato para outro Alguns exemplos são as vitaminas do complexo B compostos que não são sintetizados no organismo vêm da dieta como riboflavina tiamina e o ácido fólico podendo ser encontradas também em substâncias como NADH NADPH FADH2 11 Classificação e nomenclatura As enzimas são classificadas nos seguintes grupos conforme o tipo de reação química que catalisam Oxidorredutases reações de oxidaçãoredução ou transferência de elétrons Exemplo desidrogenases e oxidases Transferases transferência de grupos funcionais como amina fosfato acil e carboxila Exemplo quinases e transaminases Hidrolases reações de hidrólise Exemplo peptidases Liases reações de quebra de ligações covalentes e a remoção de moléculas de água amônia e gás carbônico Exemplo dehidratases e descarboxilases Isomerases reações de interconversão ou isomerização entre isômeros óticos ou geométricos cistrans Exemplo epimerases Ligases reações de formação de novas moléculas a partir da ligação entre duas préexistentes Exemplo sintetases 15 BIOQUÍMICA METABÓLICA Observação As enzimas de restrição ou endonucleases de restrição são produzidas por bactérias Seu descobrimento aconteceu pois pesquisadores perceberam que as bactérias resistiam à infeção dos vírus ou outras bactérias produzindo enzimas que clivavam o DNA viral ou bacteriano fragmentandoo em porções inofensivas por isso as chamam de tesouras moleculares Essas enzimas não conseguiam fazer o mesmo com o DNA da produtora pois havia alguma modificação nesse DNA por exemplo um grupamento acetil ou metil que não permitia o reconhecimento da endonuclease na bactéria que a produziu Atualmente são usadas comumente em biologia molecular principalmente quando se pensa em clonagem molecular Essas enzimas clivam em sequências específicas compostas por 46 nucleotídeos por exemplo a enzima EcoRI que tem esse nome por que vem de Escherichia coli cepa RI e tem como sequência de reconhecimento 5GAATTC 3CTTAAG 12 Cinética enzimática fatores que alteram a velocidade de uma reação enzimática A parte da enzimologia que estuda a velocidade das reações se chama cinética enzimática Há vários fatores que podem influenciar na reação enzimática como quantidade de sais e composição de solvente mas entre os principais fatores que alteram a atividade ou velocidade das enzimas estão temperatura pH concentração da enzima e do substrato pH cada enzima possui uma faixa de pH considerada ideal Nessa faixa a velocidade atividade é máxima Caso a enzima seja submetida a extremos o pH pode sofrer desnaturação e perder a estrutura Como toda proteína as enzimas também são sensíveis a variações de pH mas podemos encontrar enzimas que suportam faixas de pH extremamente baixos entre 01 e 54 como bactérias acidófilas como a Helicobacter pylori que pode colonizar a parede estomacal ou suportar faixas de pH entre 85 e 115 chamadas bactérias alcalinófilas como a Vibrio cholerae apresentando um crescimento ótimo em pH 9 pH ótimo Vmax V pH Figura 3 Existe uma faixa de pH em que a velocidade é máxima temperatura ótima 16 Unidade I Temperatura cada enzima possui uma faixa de temperatura considerada ideal Nessa faixa a velocidade atividade é máxima Temperaturas extremamente altas podem desnaturar as enzimas enquanto temperaturas baixas por exemplo 0 C preservam sua atividade Temperatura ótima Vmax V Temperatura Figura 4 O gráfico é semelhante ao do pH versus velocidade algumas espécies de bactérias encontradas em fontes termais toleram temperaturas de até 110 C Observação Certas bactérias como Bacillus stearothermophilus agora chamado Geobacillus stearothermophilus encontradas em pilhas de adubo orgânico crescem otimamente entre 65 C e 75 C Os esporos dessa bactéria são utilizados para validar os processos de esterilização nas indústrias alimentícia e farmacêutica sendo uma das principais ferramentas da garantia de qualidade pois controla o funcionamento de autoclaves em laboratórios de microbiologia e processos de esterilização em geral Operações de esterilização em que ocorra crescimento de esporos sobreviventes nesse indicador biológico Bacillus stearothermophilus após passagem por autoclave irão mostrar a ineficiência da esterilização O organismo mais importante a ser destruído em enlatados ou em conserva é o microrganismo anaeróbio Clostridium botulinum pequenos bacilos grampositivos capazes de produzir neurotoxina letal muito potente que desencadeia paralisias musculares podendo levar o indivíduo a morte Concentração da enzima quanto maior a concentração da enzima maior será a velocidade da reação por exemplo 1 ug de enzima velocidade 2 ug 2 v 3 ug 3 v 17 BIOQUÍMICA METABÓLICA V 1v 2v 3v 1E 2E 3E E Figura 5 Gráfico da concentração da enzima E versus velocidade V Concentração do substrato quanto maior a concentração da enzima e do substrato maior será a velocidade da reação S V Vmax2 KM max V Figura 6 Gráfico da concentração de substrato S versus velocidade esse gráfico foi descrito por Leonor Michaelis e Maud Menten e por essa razão é chamado gráfico de Michaelis e Menten Nesse gráfico podemos verificar que quanto mais aumenta a quantidade de substrato mais aumenta a velocidade da enzima no substrato quase chegando à velocidade máxima falamos que tende a determinado ponto que há tendência ao ponto de velocidade máxima Michaelis e Menten verificaram que há um ponto extremamente importante é o ponto que converge a metade da velocidade máxima 1 2 Vmax para uma quantidade de substrato que se chama KM KM S Esse ponto se chama constante de MichaelisMenten e é característico de cada enzima e pode ser usado como uma medida da afinidade da enzima pelo substrato Quanto menor o KM mais forte é a ligação do substrato pela enzima ou seja irá precisar de menor quantidade de substrato para chegar na metade da velocidade máxima Em seus estudos com cinética enzimática MichaelisMenten descrevem o que ocorre numa reação enzimática desta forma E S ES E P 18 Unidade I Analisando a reação percebemos que a enzima E ligase ao substrato S para formar um complexo enzimasubstrato ES que se separa em enzima e produto P Sabendose que ocorre um equilíbrio químico podemos igualar as velocidades e arrumar os componentes chegando à equação de Michaelis e Menten que mostra qual é a velocidade em qualquer momento da reação se soubermos parâmetros como Vmax KM e S v V S K S m max A representação gráfica da velocidade da reação em função da concentração de substrato é uma hipérbole onde 1 2 da velocidade máxima corresponde ao KM que é uma determinada concentração de substrato S 13 Inibidores da atividade enzimática Substâncias que podem ser desde venenos até medicamentos podem inibir a atividade da enzima Algumas substâncias tóxicas como pesticidas agrotóxicos toxinas de plantas ou animais podem parar completamente alguma enzima e a reação em que ela age fica totalmente prejudicada ocorrendo o bloqueio de uma única reação que afetará toda a sequência de reações pois não irá ser gerado o produto que será substrato da outra reação seguinte Essa inibição enzimática pode ocorrer caso a enzima tenha sofrido alguma mutação e não esteja fazendo a catálise corretamente ou seja sem controle hormonal ou de metabólitos que possam modular sua velocidade Nesse caso medicamentos podem fazer essa função e diminuir drasticamente sua velocidade levando o paciente a ter vida normal pois haverá controle da enzima Analisandose onde e como é feita a ligação entre o inibidor e a enzima podemos dividir os inibidores em dois tipos reversível e irreversível Na inibição irreversível a atividade enzimática é definitivamente inativada pois a ligação desse inibidor com a enzima é do tipo covalente ligação forte e mais estável alterando a atividade catalítica de forma permanente Esse inibidor é chamado de suicida pois vai ser degradado junto à enzima quando for o momento dela ser degradada Observação O íon cianeto CN é inibidor irreversível da enzima citocromo oxidase que é ligada ao processo de respiração celular Caso inativada a célula não respira e morre Muitas mortes e envenenamentos são devidos ao mau uso de agrotóxicos com carbamatos e organofosforados que são inibidores potentes da enzima 19 BIOQUÍMICA METABÓLICA acetilcolinesterase enzima que cliva a acetilcolina neurotransmissor do sistema nervoso Acumulando acetilcolina na fenda sináptica ocorre estimulação contínua dos receptores provocando desde lacrimejamento micção diarreia até paralisia e hipertensão Várias plantas com flores muito bonitas são causadoras de envenenamentos do gado brasileiro como o cafezinho Palicourea marcgravii uma das plantas tóxicas mais perigosas do Brasil Também é chamado cafébravo cafédomato ervabrava ervadegado ervaderato Essa planta tem ácido monofluoracético que inibe a enzima aconitase do ciclo de Krebs levando à falência respiratória e cardíaca do gado e dos seres humanos Na inibição reversível o inibidor se liga à enzima por ligações fracas instáveis que podem ser facilmente rompidas e a enzima volta a catalisar como antes Nessa inibição iremos estudar a competitiva e não competitiva Na inibição competitiva como o próprio nome diz o inibidor compete com o substrato pelo sítio ativo pois ambos têm uma estrutura muito parecida com a do substrato da enzima e como está em maior quantidade ele é que toma o espaço no sítio ativo e dessa forma a enzima não catalisa o substrato Então a afinidade KM da enzima para com o substrato irá ser modificada mas a velocidade máxima não Observação As estatinas fármacos hipolipemiantes que agem reduzindo os níveis plasmáticos de colesterol total e LDLC colesterol e que auxiliam no tratamento da aterosclerose são um exemplo de medicamento que tem como mecanismo de ação a inibição competitiva da HMGCoA redutase enzima responsável pela formação de colesterol pelo fígado e consequentemente pela formação das lipoproteínas plasmáticas como por exemplo LDLC colesterol diminuindo o processo de formação de ateroma Os pacientes devem periodicamente fazer exames laboratoriais para controlar efeitos adversos no fígado ou músculos Outros exemplos são o fármaco alopurinol que é inibidor da enzima da síntese de ácido úrico xantina oxidase controlando a doença gota úrica e o metotrexato fármaco antineoplásico que impede a síntese de purinas e pirimidinas e portanto DNA e RNA eficaz no tratamento de leucemias pois inibe competitivamente a enzima dihidrofolato redutase 20 Unidade I Na inibição não competitiva o inibidor pode ligarse tanto à enzima em um sítio que não é o sítio ativo ou ao complexo enzimasubstrato Nesse caso a ligação do inibidor com a enzima não impede que haja a ligação da enzima com o substrato ou seja a afinidade não é modificada KM mas atrapalha na velocidade de catálise bruscamente muda a velocidade máxima pois há mudança na forma da enzima impedindo a formação do produto da reação Observação Como exemplo de inibição não competitiva podemos citar medicamentos do coquetel antiaids ou Haart terapia antirretroviral altamente ativa aprovados pelo FDA delavirdina Rescriptor efavirenz Sustiva e nevirapina Viramune sendo que a nevirapina é um dos poucos fármacos utilizados para prevenir a transmissão do HIV de mãe para filho São exemplos de inibidores não nucleosídeos da transcriptase reversa do HIV NNTRs e afetam a reação que ocorreria no sítio ativo da enzima do vírus Existem muitos tratamentos terapêuticos que se baseiam na inibição enzimática Vários antibióticos combatem infecções por bactérias através da inibição irreversível de enzimas desses microrganismos A penicilina por exemplo inibe a atividade da enzima transpeptidase indispensável à formação da parede celular bacteriana Com a inativação dessa enzima a bactéria não tem como fabricar a parede celular o que impede a sua reprodução As células animais por sua vez não utilizam essa enzima em seu metabolismo por isso a penicilina não causa mal ao organismo humano exceto em situações de alergia Quando não há mais bactéria parase o medicamento 14 Gráficos de LineweaverBurk Os estudos enzimáticos geralmente são realizados com os gráficos de MichaelisMenten gráficos de MM mas na prática é difícil obter o valor da velocidade máxima Vmax com precisão lembrase que há tendência de chegar à velocidade máxima Hans Lineweaver e Dean Burk analisando o gráfico de MM perceberam que poderia ser realizada a inversão de velocidade 1 v e de substrato 1 S e dessa forma iria gerar uma reta a partir da curva do gráfico de Michaelis Menten Essa reta corta o eixo da velocidade mostrando o ponto 1 Vmax e dessa forma esse gráfico tem a grande vantagem sobre o gráfico de MM pois o valor aparece com muita clareza Da mesma maneira quando corta o eixo 1 S teremos o ponto M 1 K e facilmente conseguimos saber o valor de KM 21 BIOQUÍMICA METABÓLICA 1 S M 1 K 1 Vm 1 v Figura 7 A linearização do gráfico de MichaelisMenten gera uma reta que é o gráfico de LineweaverBurk em que podemos verificar o número exato da velocidade máxima 1 Vmax e o KM M 1 K 15 Enzimas alostéricas e isoenzimas 151 Enzimas alostéricas São as chamadas enzimas marcapasso pois elas controlam a velocidade de todas as reações de uma determinada via Não obedecem à cinética de MichaelisMenten a curva da velocidade versus S é sigmoide como é possível ver na figura a seguir V S Hipérbole MichaelisMenten Sigmoide alostérica Figura 8 Representação das curvas das sigmoide e hipérbole de enzimas do tipo MichaelisMenten e alostérica Essas enzimas têm além do sítio ativo outro sítio chamado alostérico ou regulatório em que uma substância hormônio ATP NADH metabólito pode se ligar e modificando o sítio ativo pode facilitar ativar a enzima para uma reação ou atrapalhar a entrada do substrato na enzima inibir 152 Isoenzimas São enzimas que diferem na sequência de aminoácidos mas que catalisam a mesma reação química em órgãos diferentes Isso ocorre para que funcione de formas distintas em vários compartimentos do corpo ajustando a velocidade da reação para determinado metabolismo Podemos citar a creatina quinase ou creatina cinase o lactato desidrogenase e a fosfatase alcalina A creatina quinase é um dímero com dois tipos de subunidades M muscular e B cerebral No musculoesquelético as duas subunidades são do tipo M CPK3 ou CKMM no cérebro as duas unidades são do tipo B CPK1 ou CKBB mas no miocárdio encontramos as duas subunidades M e B CPK2 ou CKMB Conseguese separar os três tipos por diferentes mobilidades na eletroforese Essa enzima catalisa a formação de energia ATP a partir de creatina fosfato gerando creatinina 22 Unidade I A lactato desidrogenase LD ou LDH é tetramérica ou seja contém 4 subunidades de 2 tipos diferentes H para o coração e M para o musculoesquelético gerando 5 formas dessas isoenzimas LDH1 HHHH presente no coração LDH2 HHHM encontradas no miocárdio e nos eritrócitos LDH3 HHMM no cérebro e rim LDH4 HMMM e por fim LDH5 MMMM encontrada no fígado e musculoesquelético Essa enzima catalisa a reação de piruvato para lactato reversível dessa forma podemos dizer que ela será acionada quando não tiver muita oferta de oxigênio para a célula A fosfatase alcalina pode ser encontrada no osso no fígado no intestino e na placenta durante a gravidez A fosfatase alcalina óssea é marcador da atividade osteoblástica ou seja destruição óssea que geralmente ocorre no câncer ósseo A isoenzima de origem hepática ALP1 é termoestável enquanto a fração óssea ALP2 é inativada pelo calor A determinação laboratorial da fosfatase alcalina quando analisada com outros parâmetros e outras enzimas pode ajudar no diagnóstico de doenças de ossos ou fígado Essa enzima faz desfosforilação ou seja remove grupos fosfato de algumas moléculas como proteínas ou nucleotídeos e atua em pH alcalino 16 Enzimologia clínica Em algumas doenças a atividade de certas enzimas é modificada geralmente aumentadas se comparadas ao normal As enzimas podem ser quantificadas no plasma sanguíneo líquido cefalorraquidiano urina e exsudatos e sua atividade deve ser comparada ao valor de referência liberado pelos laboratórios que comercializaram o kit de determinação da enzima Sua medida colabora com o auxílio diagnóstico nos processos patológicos pois quando um órgão tem alguma alteração patologia suas atividades são modificadas e liberadas para o exterior da célula e daí para o sangue como no caso de lesão tecidual provocada por processos patológicos que levam ao aumento na permeabilidade celular ou morte da célula Observação Embora a maioria das enzimas funcione dentro das células há algumas que funcionam no sangue como as relacionadas à formação e degradação de coágulos Algumas enzimas são rotineiramente medidas em laboratório clínico como no quadro a seguir 23 BIOQUÍMICA METABÓLICA Quadro 1 Apresentação de algumas enzimas e relação com algumas patologias Enzima Patologia relacionada com o aumento no plasma Amilase Enfermidade no pâncreas parotidite Creatina cinase CK Enfermidades musculares cardíacas e cerebrais Fosfatase ácida Enfermidades na próstata Fosfatase alcalina Enfermidades hepáticas doenças ósseas Lactato desidrogenase LD Enfermidade hepática cardíaca renal hemólise Lipase Enfermidades pancreáticas Gama glutamil transferase γ GT Enfermidades hepáticas Transaminase glutâmico oxalacética TGO ou AST Enfermidades hepáticas cardíacas musculares renais Transaminase glutâmico pirúvica TGP ou ALT Enfermidades hepáticas A amilase é uma enzima produzida pela glândula parótida ou pelo pâncreas portanto caso haja aumento dessa enzima no sangue poderá ser por patologia no pâncreas por exemplo pancreatite ou se tiver aumento no tamanho de uma ou mais glândulas salivares geralmente a parótida mas pode ser também glândulas sublinguais ou submandibulares A enzima lipase é produzida no pâncreas e seu aumento no sangue junto à amilase denotam com certeza problemas pancreáticos Fosfatase ácida é uma enzima produzida na próstata e quando há aumento nesse local há extravasamento dessa enzima para o sangue Apesar de ser um bom marcador de problemas prostáticos há uma glicoproteína chamada PSA que é mais específico e mais sensível Gamaglutamiltransferase γGT é uma enzima hepática que além de outras funções transfere aminoácidos e grupamento glutamil pela membrana celular para peptídeos TGO e TGP são enzimas encontradas em vários órgãos mas principalmente no fígado TGO é encontrada dentro das mitocôndrias enquanto TGP é citoplasmática Quando há lesão hepática é liberada primariamente a TGP e quando essa lesão é grave por exemplo com necrose onde as organelas são degradadas a mitocôndria libera TGO no sangue Creatina cinase lactato desidrogenase e fosfatase alcalina já foram explicadas no item Isoenzimas 17 Erros metabólicos hereditários Os erros inatos do metabolismo EIM ocorrem quando uma determinada enzima não é produzida corretamente geralmente por mutação no DNA que se prolifera para o RNAm e a proteína enzima Esse defeito genético que levou a um defeito enzimático pode até interromper uma via metabólica e os produtos dessa via não serão sintetizados levando às doenças metabólicas hereditárias DMH que correspondem a cerca de 10 de todas as doenças genéticas 24 Unidade I Geralmente ao nascer as crianças portadoras com EIM parecem normais e algum fator externo inicia as manifestações agudas diagnosticadas em laboratório clínico Dependendo do erro inato do metabolismo e da substância acumulada temse a terapêutica que vai desde dieta até transplante de medula óssea 171 Fenilcetonúria e albinismo A fenilcetonúria é uma doença genética autossômica e recessiva em que a enzima fenilalanina hidroxilase está mutada e dependendo do tipo de mutação poderá ocorrer a ausência ou deficiência desta enzima que não faria a transformação da fenilalanina em tirosina e dessa forma a via ficaria toda prejudicada Fenilalanina Tirosina LDopa Dopamina Norepinefrina Epinefrina Fenilalanina hidroxilase Figura 9 Esquema da transformação de fenilalanina até adrenalina Com esse aumento das moléculas de fenilalanina do sangue ocorre a transformação destas em ácido fenilpirúvico que pode ir para a urina pelo sangue e para outros órgãos mostrandose tóxica inclusive no cérebro Caso a doença não seja diagnosticada com o teste do pezinho do Programa Nacional de Triagem Neonatal do Ministério da Saúde seu início poderá ser manifestado clinicamente em torno do 3o ou 4o mês de vida quando a criança começa a apresentar atraso global do desenvolvimento neuropsicomotor irritabilidade ou apatia convulsões coceiras crônicas coloração esbranquiçada na pele hipopigmentação cutânea e se não tratada chega ao retardo mental Observação Adoçantes artificiais como sacarina ciclamato de sódio aspartame e outros são usados por diabéticos para substituir o açúcar mas pessoas que querem emagrecer utilizam esses produtos também Alimentos light são aqueles que têm uma redução de 25 de um ingrediente em relação ao original Alimentos diet são aqueles que não têm algum componente nutricional como gordura ou açúcar Dessa forma diabéticos não deveriam consumir produtos light e sim diet 25 BIOQUÍMICA METABÓLICA O aspartame criado nos Estados Unidos em 1965 é formado pela união de dois aminoácidos ácido aspártico e fenilalanina resultando em um produto doce que substitui o açúcar mas fenilcetonúricos não podem ingerir pois já possuem fenilalanina no organismo o que agravaria muito sua condição Caso faça corretamente a dieta livre de fenilalanina a criança pode ter desenvolvimento e expectativa de vidas normais 172 Albinismo O albinismo provém de falha na produção de melanina Para que ocorra tanto o pai como a mãe irão passar os genes defeituosos para os filhos herança autossômica recessiva Sua natureza genética afeta a atividade da enzima tirosinase podendo ser classificado em tirosinasenegativo quando não há produção de melanina e tirosinasepositivo quando há pequena produção de melanina e por consequência ausência parcial ou total de pigmentos na pele nos cabelos e nos olhos Esse pigmento serve como barreira natural contra as radiações solares e sua falta pode provocar fotossensibilidade queimaduras e câncer de pele Não compromete o desenvolvimento físico e mental de seus portadores O albinismo pode ocorrer também em animais que sofrem mais facilmente o ataque de predadores e da energia solar e plantas que não produzem pigmento clorofila e vivem com o armazenamento de substâncias energéticas que estão presentes nas sementes Fenilalanina Tirosina Tirosinase Tirosinase LDopa Melanina Figura 10 Esquema da produção de melanina e criança da raça negra e albina 26 Unidade I Lembrete O albinismo acomete seres humanos animais e plantas 173 Galactosemia É a deficiência em enzimas que são usadas na conversão da galactose no sangue entre elas a galactose1fosfatouridil transferase devido à herança autossômica recessiva Após a amamentação aparecem vômitos hepatomegalia crescimento deficiente letargia diarreia e disfunção renal que levam à acidose metabólica A restrição da galactose da dieta que tem como fonte principal o carboidrato lactose é o tratamento principal 174 Doença de von Gierke ou glicogenose tipo I Esse distúrbio metabólico hereditário autossômico recessivo leva ao acúmulo de glicogênio por causa da deficiência da enzima glicose6fosfatase que é responsável por liberar glicose a partir do glicogênio glicogenólise acumulandoo no fígado leva a hepatomegalia e nos rins nefromegalia podendo acarretar convulsões irritabilidade tremores desmaios O diagnóstico ocorre por hipoglicemia aumento de ácido láctico colesterol ácidos graxos triglicérides fosfolípides e ácido úrico O tratamento é a prevenção da hipoglicemia e da acidose láctica sendo que a dieta deve ter alimentos ricos em glicose ou amido 175 Cretinismo A ausência do hormônio tiroxina hormônio proteico com moléculas de iodo afeta o amadurecimento cerebral levando à deficiência mental pelo hipotireoidismo congênito que pode ser por deficiência enzimática durante o desenvolvimento do hormônio da tireoide É possível identificar a doença por meio do teste do pezinho Epiglote Cartilagem tireóidea Glândulas paratireóideas superiores Glândula tireóidea Glândulas paratireóideas inferiores Traqueia Figura 11 Desenho esquematizado da tireoide 27 BIOQUÍMICA METABÓLICA 2 CARBOIDRATOS Por que nos alimentamos Nos alimentamos para gerar energia para nossas células E de que modo nossas células produzem energia Elas produzem energia na forma de adenosina trifosfato ATP a partir da oxidação de macronutrientes carboidratos lipídios e proteínas por meio de reações que constituem o metabolismo Essas reações de degradação catabolismo dos macronutrientes em moléculas menores e de construção anabolismo que permitem a formação de macromoléculas são reguladas por enzimas vitaminas sais minerais e hormônios Então estudaremos como essas reações químicas de conversão de uma molécula em outra ocorrem em nossas células Metabolismo Anabolismo Construção de moléculas complexas a partir de moléculas simples Consumo de ATP Degradação de moléculas mais complexas em moléculas simples Produção de ATP Catabolismo Figura 12 Interdependência do anabolismo e do catabolismo Em bioquímica estrutural citase como exemplo a ingestão de um café da manhã com pão biscoitos bolo mel e leite Já sabemos como esses carboidratos são classificados quanto à complexidade agora iremos compreender a sua digestão até que possam atingir a corrente sanguínea e serem utilizados por todas as células do organismo Por questões didáticas iremos estudar a digestão dos macronutrientes de forma individualizada mas ressaltamos que estes são digeridos ao mesmo tempo às vezes não compartilham o mesmo local de digestão e demandam enzimas distintas 21 Digestão dos carboidratos Na cavidade bucal o amido é degradado em dextrinas de amido pela enzima alfaamilase ptialina que quebra as ligações α14 da molécula de amido No intestino as moléculas de dextrina de amido continuam a ser degradadas pela amilase pancreática em moléculas de maltose E a maltose é hidrolisada em duas moléculas de glicose A glicose monossacarídeo pode ser absorvida para a corrente sanguínea através das células do intestino delgado A digestão da sacarose dissacarídeo ocorre no intestino delgado na presença da enzima sacarase e origina produtos como glicose e frutose monossacarídeo que são absorvidos para a corrente sanguínea O leite contém outro açúcar a lactose que também é um dissacarídeo e a degradação depende da lactase Nesse caso os produtos gerados são glicose e galactose E a digestão da frutose É um monossacarídeo então ela é prontamente absorvida pelas células intestinais 28 Unidade I Lactose Lactose Glicose Glicose Galactose Glicose Amido Maltose Sacarose Sacarose Glicose Frutose Lactase Sacarase Amilase pancreática αamilase Dextrinas de amido Maltase Moléculas simples absorvidas Figura 13 Digestão de carboidratos Saiba mais Alguns indivíduos apresentam intolerância à lactose A sua má absorção ocorre em virtude da inatividade ou ineficiência da lactase Os indivíduos intolerantes à lactose apresentam flatulência dores abdominais e diarreia Vale a pena a leitura do artigo DENG Y et al Lactose intolerance in adults biological mechanism and dietary management Nutrients v 7 n 9 80208035 18 set 2015 Disponível em httpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4586575 pdfnutrients0705380pdf Acesso em 29 jun 2020 22 Transportadores de glicose Uma vez na corrente sanguínea como a glicose entra nas células Ela não pode difundirse através dos poros da membrana pois é muito grande Seu peso molecular é de 180 kDa e o máximo das partículas permeáveis é cerca de 100 kDa Existem dois tipos de mecanismos de transporte de glicose através da membrana facilitado mediado por transportadores de membrana específicos GLUT do inglês glucose transporter e o cotransporte com o íon sódio SGLT do inglês sodium glucose transporter 29 BIOQUÍMICA METABÓLICA Glicose Glicose Célula Transportador de glicose Sódiopotássio ATPase Na Na Na K K Figura 14 Transportador de glicose Existe uma família de transportadores atualmente é proposta a existência de doze tipos de transportadores que diferem quanto às características funcionais e distribuição tecidual e que podem transportar outros monossacarídeos com estruturas semelhantes à da glicose incluindo especialmente a galactose A maioria das células expressa um número diferente de GLUTs em proporções distintas E a atividade dos GLUTs pode ser regulada ou não pela insulina Assim a quantidade de glicose passível de se difundir para o interior da maioria das células na ausência de insulina é insuficiente para o metabolismo energético Nessas células o transporte de glicose é dependente de insulina ver figura a seguir Nos hepatócitos e nos neurônios a entrada de glicose também é mediada pelos GLUTs entretanto não é dependente de insulina Insulina Receptor de insulina Glicose Insulina ligada ao receptor Transportador de glicose aberto Transportador de glicose fechado Célula Célula Figura 15 Entrada de glicose na célula mediada pela insulina No epitélio intestinal e tubular renal o transporte de glicose ocorre contra gradiente e acoplado ao sódio na membrana apical das células através dos cotransportadores SGLT1SGLT2 com posterior difusão facilitada para o interstício através de GLUTs presentes na membrana basolateral 30 Unidade I Vejamos as características de alguns GLUTs O transportador de glicose tipo 1 GLUT1 está amplamente distribuído pelas células e realiza o transporte basal de glicose celular Está presente nos tecidos fetais mas sua expressão está diminuída nos tecidos adultos Não tem atividade alterada pela presença da insulina O transportador de glicose tipo 2 GLUT2 está presente nos hepatócitos células β pancreáticas mucosa intestinal e rins Possui alta afinidade com a glicose e não tem atividade modulada pela insulina As células β pancreáticas detectam a variação da glicemia e iniciam automaticamente o controle da secreção de insulina e em reposta o fígado capta ou libera glicose O transportador de glicose tipo 4 GLUT4 é o mais abundante e está nas membranas celulares do musculoesquelético cardíaco e tecido adiposo É dependente de insulina O transportador de glicose tipo 5 GLUT5 é uma proteína transportadora de frutose com pequena ou nenhuma afinidade pela glicose Desse modo uma vez dentro das células a glicose será utilizada com diferentes finalidades dependendo do estado metabólico do organismo ou seja absortivo pósabsortivo ou em jejum A variação da glicemia quantidade de glicose na corrente sanguínea determina quais hormônios são produzidos e quais reações químicas estão favorecidas Agora iremos estudar as vias metabólicas correspondentes ao metabolismo dos carboidratos 23 Glicólise No balanço geral da glicólise C6H12O6 ela produz duas moléculas de piruvato ou ácido pirúvico C3H4O3 duas moléculas de ATP e duas moléculas de NADH mas isso ocorre numa sequência de reações no citosol das células Glicose 2 Piruvato 10 reações NAD 2NADH 2ATP ADP Pi Figura 16 Esquema simplificado da glicólise 31 BIOQUÍMICA METABÓLICA O ácido pirúvico é um composto orgânico que contém três átomos de carbono C3H4O3 Dissociase em meio aquoso e forma o ânion piruvato que é a forma sob a qual participa dos processos metabólicos C C O O O O OH O H C C CH3 Ácido pirúvico Piruvato CH3 Figura 17 Diferença entre ácido pirúvico e piruvato Observação ATP é uma sigla usada para indicar a molécula de adenosina trifosfato adenosine triphosphate A molécula de ATP é formada por uma base nitrogenada adenina uma ribose e por três grupos fosfato A adenina ligada à ribose é chamada adenosina Quando a adenosina está ligada a apenas dois grupos fosfato temos a adenosina difosfato ADP O O O P P P CH2 O O O H H O H ATP H OH OH O O O N N N N NH2 O O P P CH2 O O H H O H ADP H OH OH O O N N N N O NH2 Figura 18 Moléculas de ATP e ADP Nicotinamida adenina dinucleotídeo NADH em inglês nicotinamide adenine dinucleotide é uma coenzima que pode estar no estado NAD oxidado ou NADH reduzido 32 Unidade I H H O N O N NH2 NH2 Ribo Ribo ADP ADP NAD H 2e NADH Redução Oxidação H Figura 19 Molécula de NADH ribose Ribo Reação 1 uma vez dentro da célula a glicose é modificada para que não possa sair E isso é possível a partir da reação de fosforilação pelo ATP formando a glicose6fosfato Essa reação é catalisada pela enzima hexoquinase ou glicoquinase ver figura a seguir O fosfato adicionado à glicose confere carga negativa à glicose e assim não permite que ela passe pela membrana plasmática O magnésio é o cofator dessa reação CH2OH Glicose Glicose6fosfato H H OH OH OH OH 6 5 4 1 2 3 H H O CH2O P H H OH OH OH OH 6 5 4 1 2 3 H H O Hexoquinase ou glicoquinase ATP ADP Figura 20 Conversão de glicose em glicose6fosfato O P dentro do círculo que aparece nas moléculas corresponde ao grupo fosfato PO4 3 E a seta para cima indica que o ATP está sendo consumido na reação e a seta para baixo indica que o ADP está sendo formado pela reação A seta única da reação indica que esta é irreversível E quando a reação é reversível pode ser representada pelas seguintes setas ou Reação 2 ocorre a isomerização da glicose à frutose Isso é possível pela ação da enzima fosfoglicoisomerase que transforma a aldose da glicose em uma cetose Fosfoglicoisomerase CH2O P H H OH OH OH OH 6 5 4 1 2 3 H H O P OCH2 CH2OH H H OH HO OH 5 4 2 3 Glicose6fosfato Frutose6fosfato O 1 6 Figura 21 Conversão de glicose6fosfato em frutose6fosfato 33 BIOQUÍMICA METABÓLICA Reação 3 a frutose6fosfato é então fosforilada pelo ATP e se transforma em frutose16bisfosfato com o auxílio da fosfofrutoquinase FFK Essa enzima é alostérica e é um dos pontos de regulação da glicólise O magnésio é o cofator dessa reação Fosfofrutoquinase OCH2 OCH2 CH2OH CH2O H H H H OH OH HO HO OH OH 5 5 6 6 4 4 2 2 1 1 3 3 Frutose6fosfato ATP ADP Frutose16bifosfato O O Figura 22 Conversão de frutose6fosfato em frutose16bifosfato Reação 4 a frutose16bisfosfato é clivada em duas moléculas dihidroxiacetona fosfato e gliceraldeído3fosfato Essa reação é catalisada pela aldolase P OCH2 CH2O P H H OH HO OH 5 6 4 2 1 3 Frutose6fosfato O Aldolase H H C C C CH2O CH2O CH2OH O O OH Dihidroxiacetona fosfato Gliceraldeído 3fosfato P P Figura 23 Quebra da frutose16bifosfato em gliceraldeído3fosfato e dihidroxiacetona fosfato Reação 5 apesar de serem formadas duas moléculas é o gliceraldeído3fosfato que é utilizado na continuação da glicólise por isso é necessário que a dihidroxiacetona seja interconvertida a gliceraldeído3fosfato Essa isomerização é catalisada pela triosefosfato isomerase Observe que existe uma seta com duplo sentido na isomerização isso indica que o gliceraldeído3fosfato também pode ser convertido em dihidroxiacetona mas para que isso não ocorra ele é prontamente consumido e a conversão da dihidroxiacetona para aldeído é favorecida 34 Unidade I C CH2O CH2OH O Dihidroxiacetona fosfato P H H C C CH2O O OH Gliceraldeído 3fosfato P Triosefosfato isomerase Figura 24 Isomerização da dihidroxiacetona fosfato Reação 6 a molécula de gliceraldeído3fosfato é transformada em 13disfosfoglicerato 13BPG em uma reação catalisada pelo gliceraldeído3fosfato desidrogenase Observe que uma molécula de NAD coenzima no estado oxidado foi reduzida a NADH coenzima no estado reduzido H H C C CH2O O OH Gliceraldeído 3fosfato 13difosfoglicerato P H C C CH2O O O OH P P Gliceraldeído 3fosfato desidrogenase Pi NAD NADH Figura 25 Conversão de gliceraldeído3fosfato em 13difosfoglicerato Reação 7 é a primeira vez que forma um ATP O 13disfosfoglicerato se converte em 3fosfoglicerato em uma reação catalisada pelo fosfoglicerato quinase veja figura a seguir A fosforilação ocorreu com a transferência do grupo fosfato diretamente do substrato Essa reação forma 2 ATP por molécula de glicose H COO C CH2O OH 3fosfoglicerato 13difosfoglicerato P H C C CH2O O O OH P P Fosfoglicerato quinase ADP ATP Figura 26 Conversão do 13difosfoglicerato em 3fosfoglicerato Reação 8 o fosfato do 3fosfoglicerato é transferido do carbono 3 para o carbono 2 formando o 2fosfoglicerato Isso ocorre por que o composto 3fosfoglicerato possui baixo potencial de transferência de substrato veja figura a seguir Para aumentar o seu potencial o fosfato passa da posição 3 para a posição 2 35 BIOQUÍMICA METABÓLICA H COO C CH2O OH 3fosfoglicerato P H COO C CH2OH O 2fosfoglicerato P Fosfoglicerato mutase Figura 27 Mudança do radical fosfato da posição 3 para a posição 2 Reação 9 para aumentar ainda mais seu potencial de transferência de fosfato o 2fosfoglicerato se transforma em fosfoenolpiruvato H COO C CH2OH O 2fosfoglicerato P Fosfoenolpiruvato COO C CH2 O P Enolase Figura 28 Formação do fosfoenolpiruvato Reação 10 o fosfoenolpiruvato se transforma em piruvato por ação da piruvato quinase veja figura a seguir Nessa reação formamse 2 ATP a partir do substrato Essa reação é irreversível devido ao alto valor de ΔG Fosfoenolpiruvato COO C CH2 O P Piruvato quinase ADP ATP Piruvato C C CH3 O O O Figura 29 Formação do piruvato Após o estudo individual das reações podemos agrupálas em dois momentos distintos a fase preparatória da glicose e a de produção de energia A fase preparatória da glicólise iniciase na glicose e origina gliceraldeído3fosfato e dihidroxiacetona Nessa fase são gastos ATPs em duas fosforilações Essa fase termina com a quebra da hexose em duas trioses 36 Unidade I Glicose Glicose 6fosfato Frutose 6fosfato Frutose 16dfosfato Gliceraldeído 3fosfato Dihidroxiacetona fosfato Hexoquinase ou glicoquinase Gasto de ATP Fosfoglicoisomerase Fosfofrutoquinase Gasto de ATP Fase preparatória Aldose Gliceraldeído 3fosfato Triosefosfato isomerase Gasto de 2 moléculas de ATP Figura 30 Fase preparatória da via glicolítica Na de produção de energia do gliceraldeído3fosfato até piruvato ocorrem duas reações de fosforilação em nível de substrato Isso significa que a reação transfere não só energia livre ao ADP mas também o próprio fosfato necessário à síntese de 1 ATP 2 gliceraldeído 3fosfato 2 13difosfoglicerato 2 3fosfoglicerato 2 2fosfoglicerato 2 2fosfoenolpiruvato 2 Piruvato Gliceraldeído 3fosfato desidrogenase Produção de 2NADH Fosfoglicerato quinase Produção de 2 ATP Fosfoglicerato mutase Enolase Piruvato Quinase Produção de 2 ATP Fase de produção Produção de 2 moléculas de ATP e de 2 moléculas de NADH Figura 31 Fase de produção de energia 37 BIOQUÍMICA METABÓLICA Observe que são formadas duas moléculas de NADH que é um aceptor intermediário dos elétrons formados nas reações de oxidação da via O NADH é constantemente regenerado E quando isso ocorre Nas próximas etapas de metabolização do piruvato O piruvato possui três destinos distintos dependendo da presença ou ausência de oxigênio Na presença de oxigênio aerobiose o piruvato produz dióxido de carbono e em aerobiose os produtos podem ser etanol ou ácido lático Glicose 2 Piruvato 2 AcetilCoA 2 Lactato 2 Etanol 2CO2 4CO2 4H2O Glicose Condições aeróbias Condições anaeróbias Condições anaeróbias Ciclo de Krebs Figura 32 Destinos do piruvato nas células na presença ou ausência de oxigênio Na respiração anaeróbica ou fermentação ocorre uma série de reações de degradação da glicose para a obtenção de energia sem a utilização de O2 Esse processo irá ocorrer no citoplasma das células e a formação de ATP não é eficiente ou seja menor quantidade de ATP é produzida em comparação com a respiração aeróbica Nesses casos um mol de glicose irá gerar somente dois mols de ATP Existem dois tipos de fermentação alcoólica e láctica vejas as figuras a seguir C6H12O6 Glicólise 2 4H 4e 2CO2 Ácido pirúvico Álcool etílico Etanol O C C C O H3 OH OH CH2 CH3 Figura 33 Fermentação alcoólica 38 Unidade I C6H12O6 Glicólise 2 2 4H 4e Ácido pirúvico Ácido lático O C C CH3 O OH O C C H CH3 OH OH Figura 34 Fermentação lática Na fermentação alcoólica que ocorre principalmente nas leveduras e em vários outros microrganismos é possível a produção de vinho e cerveja por exemplo Na primeira etapa o piruvato é descarboxilado pela ação da piruvato descarboxilase gerando aldeído acético que na sequência é reduzido a etanol pela ação da enzima álcool desidrogenase com a concomitante formação de NAD por meio da regeneração de um NADH Na respiração aeróbica o processo é mais eficiente e acontece nas mitocôndrias das células Vamos relembrar a estrutura dessa organela Matriz ou estroma Crista mitocondrial Membrana externa Membrana interna Ribossomo Figura 35 Mitocôndria Nessa forma de obtenção de energia ocorre a produção de 38 mols de ATP com apenas 1 mol de glicose Quase todos os seres vivos utilizam a respiração celular aeróbica como processo de obtenção de energia para suas diversas atividades 39 BIOQUÍMICA METABÓLICA 24 Ciclo de Krebs O ciclo de Krebs CK também é conhecido como ciclo dos ácidos tricarboxílicos ou ciclo do ácido cítrico e ocorre na matriz mitocondrial É uma sequência de reações nas quais acontece a oxidação de moléculas e como consequência ocorre a liberação de elétrons que serão utilizados na cadeia respiratória para a obtenção de ATP A representação das reações está em forma de um ciclo Cada volta do ciclo de Krebs produz 3 moléculas de NADH 1 FADH2 e 1 GTP Entretanto quando uma molécula de glicose inicia a glicólise aeróbia são geradas 2 moléculas de piruvato que se convertem em acetilCoA e por isso consideramos que duas moléculas de acetilCoA iniciam esse ciclo AcetilCoA Oxaloacetato Citrato Isocitrato Malato Fumarato Succinato αcetoglutarato SuccinilCoA Figura 36 Intermediários do ciclo de Krebs Saiba mais O funcionamento do ciclo de Krebs foi descrito pelo biólogo médico e químico alemão Hans Adolf Krebs o que lhe rendeu o Prêmio Nobel em 1953 Você pode conhecer sua história na indicação a seguir HANS KREBS Biográfico The Nobel Prize Nobel Media AB 2020 Disponível em httpswwwnobelprizeorgprizesmedicine1953krebs biographical Acesso em 30 jun 2020 40 Unidade I Figura 37 Hans Adolf Krebs É importante que o processo global de produção de energia que está na forma de moléculas de NADH e FADH2 seja compreendido Agora observe em quais etapas ocorrerá a produção dessas coenzimas no estado reduzido AcetilCoA NADH FADH2 NADH NADH CO2 CO2 GTP Oxaloacetato Citrato Isocitrato Malato Malato desidrogenase Succinato desidrogenase Isocitrato desidrogenase Aconitase Citrato sintase SuccinilCoA sintetase Complexo αcetoglutarato desidrogenase Fumarase Fumarato Succinato αcetoglutarato SuccinilCoA Figura 38 Produção de coenzimas NADH e FADH2 GTP e CO2 no ciclo de Krebs Para que ocorra o ciclo de Krebs é necessário que a molécula de piruvato sintetizada na glicólise seja transformada em acetilCoA na mitocôndria por ação da piruvato desidrogenase 41 BIOQUÍMICA METABÓLICA Piruvato C C CH3 O O O AcetilCoA Coenzima A C CH3 O CO2 CoA NAD NADH Figura 39 Conversão de piruvato em acetilCoA Agora vejamos detalhadamente as oito reações que compõem o ciclo de Krebs Reação 1 síntese do citrato O acetilCoA inicia o ciclo de Krebs reage com o oxaloacetato na presença do citrato sintase e forma citrato Observe a soma de carbonos O citrato tem seis carbonos quatro carbonos provenientes do oxaloacetato e dois carbonos do acetilCoA AcetilCoA Coenzima A C CH3 O Oxaloacetato Coenzima A Citrato sintase H2O CH2 C COO COO O Citrato C C H2C H2C COO COO HO COO H Figura 40 Formação do citrato Reação 2 isomerização do citrato em isocitrato O citrato formado é então isomerizado a isocitrato o que facilita sua descarboxilação em uma reação catalisada pela aconitase Aconitase Citrato C C H2C H2C COO COO HO COO H Isocitrato C C OH H2C COO COO HO COO H Figura 41 Isomerização do citrato Reação 3 descarboxilação oxidativa do isocitrato O isocitrato formado sofre descarboxilação catalisada pelo isocitrato desidrogenase para formar o αcetoglutarato Utiliza o NADH como transportador de dois hidrogênios liberados na reação havendo o desprendimento de uma molécula de CO2 42 Unidade I Isocitrato desidrogenase CO2 NAD NADH Isocitrato C C OH H2C COO COO HO COO H αcetoglutarato C C O H2C COO H H COO Figura 42 Descarboxilação oxidativa do isocitrato Reação 4 descarboxilação oxidativa do αcetoglutarato a succinilCoA O acetoglutarato também sofre descarboxilação catalisada pelo complexo acetoglutarato desidrogenase formando um intermediário o succinilcoenzimaA succinilCoA Esse complexo também utiliza o NADH como transportador de dois hidrogênios liberados na reação havendo o desprendimento de mais uma molécula de dióxido de carbono Complexo de αcetoglutarato desidrogenase CoASH NAD NADH SuccinilCoA C C O H2C COO H CO2 H SCoA αcetoglutarato C C O H2C COO H H COO Figura 43 Descarboxilação oxidativa do αcetoglutarato Reação 5 formação de um GTP a partir do substrato A enzima succinilCoA catalisa a quebra da succinilCoA o que permite a liberação de energia na forma de um GTP figura anterior O GTP pode transferir o seu Pi para um ADP formando um ATP Essa é a única etapa do ciclo em que ocorre a formação de um composto pronto de alta energia SuccinilCoA Isocitrato desidrogenase Coenzima A GDP GTP Succinato C C H2C COO COO H H H H C C O H2C COO H H SCoA Figura 44 Formação de GTP Reação 6 desidrogenação do succinato É formado o fumarato pela ação do succinato desidrogenase que utiliza o FADH2 como transportador de dois hidrogênios liberados na reação A coenzima A retorna ao pool inicial da mitocôndria E finalmente ocorrem reações que permitem 43 BIOQUÍMICA METABÓLICA a regeneração do oxaloacetato O succinato sofre uma série de reações de oxidação hidratação e uma segunda oxidação para a formação do oxaloacetato Fumarato Succinato desidrogenase FAD FADH2 Succinato C C H2C COO COO H H H H C C O COO H H Figura 45 Desidrogenação do succinato Reação 7 hidratação do fumarato A fumarase catalisa a hidratação do fumarato e ocorre a produção do malato Fumarato Fumarase Malato C C COO COO H H H OH C C COO COO H H Figura 46 Hidratação do fumarato Reação 8 desidrogenação do malato A malato desidrogenase catalisa a oxidação do malato em oxalacetato e utiliza o NADH como transportador de dois hidrogênios liberados na reação Malato desidrogenase Malato C C COO COO H H H OH Oxaloacetato C C O H COO COO H NAD NADH Figura 47 Desidrogenação do malato Agora vamos entender a quantidade de moléculas de ATP NADH e FADH2 produzidas considerando uma molécula de glicose em glicólise aeróbia 44 Unidade I Quadro 2 Produtos formados a partir de uma molécula de glicose em glicólise aeróbia Etapa Combustão aeróbia de 1 molécula de glicose Glicólise 2 ATP 2 NADH Conversão do piruvato em acetilAcoA 2 NADH Ciclo de Krebs 6 NADH 2 FADH2 2 GTP Lembrete Cada volta do ciclo de Krebs produz 3 moléculas de NADH 1 FADH2 e 1 GTP Entretanto quando uma molécula de glicose inicia a glicólise aeróbia são geradas 2 moléculas de piruvato Estas se convertem em acetil CoA e por isso consideramos que duas moléculas de acetilCoA iniciam o ciclo de Krebs E como a atividade do ciclo de Krebs é controlada A partir da razão NADNADH que por sua vez é dependente da quantidade de ADP e ATP celular Além disso algumas enzimas do ciclo também são reguladas como é o caso do citrato sintetase que é inibido alostericamente pelo ATP e do isocitrato desidrogenase que é ativado pelo ADP e inativado pelo ATP e o NADH A succinato desidrogenase é inibida pelo oxaloacetato e a sua disponibilidade é controlada pela malato desidrogenase que depende da razão NADHNAD Você deve ter percebido que no ciclo de Krebs houve produção de muitas moléculas de NADH e FADH2 mas como elas irão originar ATP Essa produção irá acontecer na cadeia respiratória que é nosso próximo assunto 25 Cadeia respiratória Os componentes da cadeia respiratória são denominados complexos I II III e IV e estão localizados na membrana interna da mitocôndria Na figura a seguir estão representados o complexo I NADHubiquinona oxidorredutase o complexo II succinatoubiquinona oxidoreductase o complexo III ubiquinolcitocromoc oxidoreductase e finalmente o complexo IV citocromoc oxidase Os complexos I e II estão conectados pela coenzima Q CoQ e o citocromo c conecta os complexos III e IV 45 BIOQUÍMICA METABÓLICA I II IV III CoQ C Espaço intermembranas Matriz mitocondrial Membrana interna Figura 48 Representação esquemática dos complexos da cadeia respiratória mitocondrial complexos I II III e IV coenzima Q CoQ e citocromo C Os complexos I III e IV funcionam como uma bomba de prótons Estes acumulamse no espaço intermembranas e geram uma diferença de potencial eletroquímico que é utilizado pela ATP sintase na formação de ATP a partir de ADP e Pi Esses componentes bem como a bomba de ATP sintetase formam o sistema de fosforilação oxidativa que sintetiza ATP A função geral da cadeia respiratória é a oxidação de NADH e FADH2 provenientes das diversas vias metabólicas carboidratos lipídios e proteínas bem como o transporte de equivalentes reduzidos ao longo de uma série de transportadores para o aceitador final o oxigênio Como os elétrons são transportados ao longo da cadeia Os elétrons ao serem transportados e muitos dos complexos utilizam a energia para bombear prótons da matriz mitocondrial para o espaço intermembranar formando um gradiente de prótons Todos os elétrons que entram na cadeia de transporte vêm das moléculas de NADH e FADH O NADH doa eficientemente seus elétrons em reações redox isto é seus elétrons estão em um alto nível de energia portanto ele pode transferir seus elétrons diretamente para o complexo I voltando a ser NAD Conforme os elétrons percorrem o complexo I em uma série de reações redox energia é liberada e o complexo usa essa energia para bombear prótons da matriz para o espaço intermembranar O FADH não é bom doador de elétrons em comparação ao NADH isto é seus elétrons estão em um nível de energia mais baixa então não pode transferir seus elétrons para o complexo I Em vez disso ele os leva pela cadeia de transporte até o complexo II que não bombeia prótons através da membrana Isso justifica porque cada molécula de FADH faz com que menos prótons sejam bombeados do que cada molécula de NADH I II IV III Espaço intermembranas Menor potencial de redução Maior potencial de redução Matriz mitocondrial NADH Succinato Membrana interna CoQ C e e e e e e e Figura 49 Transferência de elétrons na cadeia respiratória 46 Unidade I À exceção desses dois primeiros complexos NADH e FADH os elétrons percorrem exatamente a mesma rota Tanto o complexo I quanto o complexo II passam seus elétrons para a ubiquinona Q que é reduzida e forma QH Essa molécula atravessa a membrana e entrega os elétrons ao complexo III Conforme os elétrons percorrem o complexo III mais íons H são bombeados através da membrana e os elétrons são finalmente entregues a outro carreador denominado citocromo C cit C O cit C transporta os elétrons até o complexo IV onde um último grupo de íons H é bombeado através da membrana O complexo IV passa os elétrons para o oxigênio que se divide em dois átomos e aceitam prótons da matriz formando água São necessários quatro elétrons para reduzir cada molécula de O2 e duas moléculas de água são formadas no processo O trabalho dos complexos I III e IV é extremante importante À medida que os elétrons se movem para níveis de energia mais baixos os complexos capturam a energia liberada e a utilizam para bombear íons H da matriz para o espaço intermembranas Esse bombeamento forma um gradiente eletroquímico através da membrana mitocondrial interna denominado de força prótonmotiva Os prótons não podem atravessar diretamente a bicamada fosfolipídica da membrana pois o interior desta é muito hidrofóbico Então os prótons H se movem a favor de seu gradiente de concentração com auxílio de proteínas de canal que formam túneis hidrofílicos através da membrana Na membrana mitocondrial interna íons H têm apenas um canal disponível uma proteína transmembranar conhecida como ATP sintase À medida que a ATP sintase transforma a energia ela catalisa a adição de um fosfato ao ADP capturando a energia do gradiente de prótons na forma de ATP Espaço entre a membrana externa e interna Membrana interna da mitocôndria ATP sintetase ou ATP sintase ½O2 2e 2H ADP P ATP H2O H Matriz da mitocôndria Proteína transportadora de elétrons NADH H NAD H H H2 H e e e Figura 50 Cadeia transportadora de elétrons E quantos ATPs por glicose são produzidos na respiração celular Se você pesquisar irá encontrar respostas ligeiramente diferentes E isso acontece porque muitos autores consideram a energia necessária para transportar o ADP para dentro e o ATP para fora da mitocôndria Aqui vamos considerar 38 mols de ATP para cada molécula de glicose Para calcular o saldo de ATP vamos considerar que cada molécula de NADH que libera elétrons durante a cadeia respiratória 47 BIOQUÍMICA METABÓLICA produz 3 moléculas de ATP E os elétrons carreados pelas moléculas de FADH2 produzem apenas 2 ATPs Sendo assim temos Quadro 3 Saldo de ATP a partir de uma molécula de glicose em glicólise aeróbia Reaçãoões Saldo ATP Glicólise 2 NADH 2 ATP 6 2 Piruvato acetilCoA 2 NADH 6 Ciclo de Krebs 6 NADH 2 FADH2 2 GTP 18 4 2 Saldo 38 O que são os inibidores e desacopladores da cadeia respiratória Os inibidores são drogas que inibem o transporte de elétrons O resultado dessa ação é a paralisação do transporte de elétrons e das vias metabólicas que dependem da cadeia para a reoxidação das coenzimas No quadro a seguir encontramse exemplos de inibidores da cadeia de transporte de elétrons Quadro 4 Exemplos de inibidores da cadeia respiratória Inibidor Local de atuação Rotenona inseticida Complexo I Barbitúricos hipnóticos Complexo I Malonato inibidor da succinato desidrogenase Complexo II Antimicina A antibiótico Complexo III Azida cianeto e monóxido de carbono Complexo IV Já os desacopladores são substâncias que desvinculam o fluxo de elétrons do transporte contra gradiente de prótons O processo tornase energeticamente mais favorável e sua velocidade aumenta Nesse caso o consumo de oxigênio tornase maior Substâncias lipofílicas como o DNP 24dinitrofenol são capazes de dissociar o transporte de elétrons da fosforilação oxidativa No passado há cerca de cinquenta anos o DNP era usado como medicação para emagrecimento Por que ele ajuda a perder peso O dinitrofenol interrompe o gradiente de prótons e reduz a síntese de ATP Assim a maior parte dos alimentos ingeridos não pode ser utilizada para produção de ATP portanto ocorre a perda de peso Imagine uma quantidade excessiva de DNP Isso poderia levar a uma produção insuficiente de ATP para garantir a homeostasia Uma pequena mudança na concentração de DNP poderia levar o indivíduo à morte 48 Unidade I 26 Metabolismo do glicogênio glicogênese e glicogenólise O glicogênio é um polissacarídeo de reserva animal essencial para o funcionamento adequado do metabolismo sendo composto por subunidades de glicose e ramificações entre 8 a 12 monômeros em média figura a seguir Pode ser encontrado principalmente no fígado e no músculo seus principais locais de reserva α14 α16 Figura 51 Molécula de glicogênio Lembrete O glicogênio é um polissacarídeo formado pela união de moléculas de αglicose Possui cadeia ramificada com ligações α 1 4 e α 1 6 nos pontos de ramificação A demandas celulares são atendidas pelas vias de síntese e degradação de glicogênio que são denominadas glicogênese e glicogenólise respectivamente Glicogênio Glicose Glicogenólise Glicogênese Figura 52 Glicogênese e glicogenólise A regulação do metabolismo do glicogênio é distinta nos tecidos musculares e hepático O glicogênio muscular tem como finalidade atender às demandas somente para a contração do próprio músculo enquanto o glicogênio hepático tem por finalidade controlar a glicemia e fornecer glicose para os demais tecidos 49 BIOQUÍMICA METABÓLICA A síntese de glicogênio ocorre mais intensamente no fígado e no músculo O fígado armazena o excesso de glicose em glicogênio para ser utilizado na forma de glicose quando requisitado O músculo armazena apenas para consumo próprio e só utiliza durante o exercício quando há necessidade de energia rápida A glicogênese é o conjunto de reações que permitem a formação do glicogênio a partir de moléculas de glicose Na glicogênese as moléculas de glicose unemse através das hidroxilas livres Na sequência de reações a glicose se transforma de glicose6fosfato que sofre isomerização por ação da fosfoglicomutase e origina glicose1fosfato Nessa etapa a glicose1fosfato origina a glicoseUDP A enzima que utiliza a glicose para formar o glicogênio é a glicogênio sintase Entretanto essa enzima precisa de um resíduo iniciador ou primer para começar a ligar as moléculas de glicose A glicose se liga a esse primer quando está na forma ativa e essa ativação depende de ATP e UTP uridina trifosfato Vejamos a ordem das reações Reação 1 glicose ATP glicose 6fosfato ADP H Reação 2 glicose 6fosfato glicose 1fosfato Reação 3 glicose 1fosfato UTP UDP glicose PPi A reação a seguir esquematiza o alongamento do primer de glicogênio pela adição de UDPglicose Essa reação é catalisada por glicogênio sintase Glicogênion resíduos UDPglicose glicogênion 1 resíduo UDP Entretanto a glicogênio sintase catalisa apenas as ligações glicosídicas α14 Para a formação das ligações α16 outra enzima ramificadora será necessária para realizar a transferência de 6 a 7 resíduos de glicose da molécula linear para a parte mais nova interna que está sendo formada Enzima ramificadora α16 Figura 53 Formação das ramificações do glicogênio 50 Unidade I Observação As glicogenoses são doenças raras relacionadas ao armazenamento de glicogênio e são causadas por deficiências das enzimas envolvidas na síntese ou degradação do glicogênio As deficiências podem ocorrer no fígado ou músculos e causar hipoglicemia ou deposição de glicogênio nos tecidos À medida que a célula necessita de glicose o estoque de glicogênio é mobilizado e moléculas de glicose são liberadas Esse processo é denominado glicogenólise e consiste na remoção dos resíduos de glicose terminal A glicogenólise se processa pela ação de três sistemas enzimáticos glicogênio fosforilase transferase e enzima desramificadora A regulação da glicogenólise ocorre essencialmente pela enzima glicogênio fosforilase Inicialmente a fosforilase catalisa a quebra das ligações glicosídicas α14 pela adição de fosfato inorgânico nos resíduos de glicose das extremidades das cadeias Esse processo prossegue até restarem quatro resíduos de glicose Em seguida outra enzima é acionada a transferase que transfere os resíduos de glicose para uma cadeia vizinha na qual a fosforilase pode continuar a ação Ao chegar na ligação da ramificação uma terceira enzima é necessária a desramificadora que quebra a ligação do tipo α16 Fosforilase Transferase Enzima desramificadora Glicose Glicogênio Glicogênio Glicogênio Glicogênio Figura 54 Glicogenólise ação das enzimas fosforilase transferase e desramificadora No fígado a glicose 6fosfato é transformada em glicose por meio da ação da enzima glicose 6fosfatase e enviada para a corrente sanguínea para a manutenção da glicemia Já no músculo a glicose 1fosfato é transformada em glicose 6fosfato entretanto em virtude da ausência da enzima glicose 6fosfatase a glicose pode não sair do músculo ou seja só poderá gerar energia através da glicólise anaeróbia 51 BIOQUÍMICA METABÓLICA A B Fígado Glicogênio Glicogênio Glicose 6fosfato Glicose 6fosfato Glicose Glicose Energia Músculo Corrente sanguínea Figura 55 Glicogenólise A no fígado a glicose produzida regula a glicemia B no músculo a glicose produzida é utilizada como fonte energética para o próprio músculo Os principais reguladores do metabolismo do glicogênio são os hormônios insulina e glucagon e as enzimas marcapasso glicogênio sintase e glicogênio fosforilase que participam respectivamente da síntese e da degradação desse polissacarídeo Quando os níveis de ATP celular estão normais e a glicose está excedente a própria concentração de glicose 6fosfato assim como a insulina ativam a enzima glicogênio sintase o que favorece a síntese do glicogênio Inversamente quando os níveis de ATP e glicose estiverem reduzidos a insulina deixa de ser produzida e hormônios tais como glucagon e adrenalina aumentam em concentração ativando a enzima de membrana denominada adenilato ciclase AC que por sua vez transforma ATP em AMP cíclico Este age como segundo mensageiro e promove a ativação da enzima glicogênio fosforilase e inibição da enzima glicogênio sintase Desse modo ocorre a glicogenólise Primer Glicogênio Glicose UDP Glicose 1fosfato Insulina Glicose 6fosfato Glicogênio sintase Adrenalina glucagon Adrenilato ciclase AMP cíclico ATP Glicogênio fosforilase Figura 56 Regulação do metabolismo do glicogênio 52 Unidade I A glicogenólise hepática é um processo altamente eficaz entretanto as reservas logo são exauridas E quando a reserva de glicogênio hepático já foi utilizada como ocorre a manutenção da glicemia Quando há diminuição da glicemia o organismo consegue produzir sua própria glicose a partir de fontes que não são carboidratos por uma sequência de reações denominadas gliconeogênese E quais são essas fontes São aminoácidos glicogênicos lactato piruvato e glicerol Os aminoácidos cetogênicos fornecem diretamente acetilCoA e portanto não fornecem substratos para essa via metabólica mas estimulam a produção de energia para o ciclo de Krebs Já os ácidos graxos não fornecem substratos para a gliconeogênese pois o acetilCoA é utilizado diretamente para a produção de energia ou é deslocado para o citoplasma para a produção de colesterol ou corpos cetônicos Entretanto a degradação dos triglicerídeos TG libera glicerol que pode ser utilizado como substrato para a gliconeogênese 27 Gliconeogênese A gliconeogênese é um conjunto de reações que ocorrem principalmente no fígado e em menor quantidade no rim Permite a síntese de glicose a partir de substâncias que não são carboidratos tais como glicerol aminoácidos e lactato O cérebro humano requer cerca de 120 g de glicose por dia O sistema nervoso eritrócitos testículos medula renal e tecidos embriônicos também utilizam a glicose como principal fonte de energia Assim quando a glicemia diminui os estoques de glicogênio hepático e muscular são degradados como vimos anteriormente Mas pode ser que esse suprimento de glicose não seja suficiente Assim entre as refeições e durante longos jejuns ou após exercícios vigorosos o glicogênio é depletado o que também ocorre quando há deficiência do suprimento de glicose pela dieta ou por dificuldade na absorção pelas células Nessas situações o organismo precisa sintetizar glicose a partir de precursores que não sejam carboidratos O lactato produzido no musculoesquelético em exercício é liberado no sangue No ciclo de Cori figura anterior a glicose oriunda do sangue é convertida pelo músculo em exercício em lactato que é difundido para o sangue Esse lactato é captado pelo fígado e reconvertido em glicose pela via da gliconeogênese que é liberta de volta para a circulação Lembrese de que o músculo não tem a enzima glicose6fosfatase exclusiva do hepatócito Assim a glicose formada é utilizada somente no próprio músculo Glicose Glicose Glicose Lactato Lactato Fígado Lactato Sangue Músculo Fermentação láctica Figura 57 Esquema do ciclo de Cori 53 BIOQUÍMICA METABÓLICA Saiba mais Gerty Cori nascida na República Tcheca e pesquisadora nos Estados Unidos juntamente ao seu marido Carl Cori descobriram o ciclo de Cori O casal ganhou o Prêmio Nobel de 1947 pela descoberta tornando Cori a primeira mulher a receber um Nobel em fisiologia ou medicina Conheça a trajetória dessa cientista inspiradora em GERTY CORI Biográfico The Nobel Prize Nobel Media AB 2020 Disponível em httpswwwnobelprizeorgprizesmedicine1947corigt biographical Acesso em 30 jun 2020 Figura 58 Gerty Cori Entre os aminoácidos utilizados na gliconeogênese a alanina é o mais importante a ser convertido em intermediários glicolíticos Durante o jejum prolongado ou inanição a alanina e outros aminoácidos são liberados das proteínas dos músculos esqueléticos A alanina é transportada para o fígado onde sofre transaminação para gerar piruvato O piruvato por meio da gliconeogênese forma glicose que pode retornar aos músculos ou ser degradada pela via glicolítica O mecanismo é chamado ciclo da glicosealanina e também transporta amônia NH4 ao fígado para a síntese da ureia A princípio poderíamos imaginar que a gliconeogênese é uma via reversa da glicólise mas não é pois existem reações irreversíveis A gliconeogênese não pode utilizar a via reserva da glicólise pois as fosforilações da primeira fase conversão de glicose em glicose6fosfato e a conversão de frutose16fosfato em frutose16bifosfato e a formação de piruvato a partir do fosfoenolpiruvato são reações irreversíveis veja a figura a seguir Então na gliconeogênese existem três barreiras energéticas específicas que precisam ser contornadas Vejamos quais são essas reações 54 Unidade I Reação 1 conversão de piruvato em fosfoenolpiruvato O piruvato que está no citoplasma atravessa as membranas mitocondriais e na matriz mitocondrial é convertido a oxalacetato O oxaloacetato não pode atravessar a membrana e por isso é reduzido pelo NADH em malato e este então pode ser liberado para o citoplasma No citoplasma o malato é oxidado pelo NAD gerando novamente o oxalacetato que é convertido em fosfoenolpiruvato pela enzima fosfoenolpiruvatocarboxiquinase cujo doador de Pi é um GTP Reação 2 conversão de frutose16difosfato em frutose6fosfato Nessa etapa é necessária a enzima frutose16difosfatase que remove o grupo fosfato do C1 da frutose por hidrólise Reação 3 conversão de glicose6fosfato em glicose livre Nessa etapa é necessária a enzima glicose6fosfatase que está presente nos hepatócitos Lembrese de que essa reação ocorre também na glicogenólise e permite que o fígado controle a glicemia plasmática Glicose Glicose6P Frutose6P Frutose16P Gliceraldeído3P 13Difosfoglicerato 3Fosfoglicerato 2Fosfoglicerato Fosfoenolpiruvato DHAP ATP ATP ADP NADH NAD ADP ADP ADP ATP NAD NADH ATP Glicoquinase Fosfofrutoquinase Piruvato quinase Piruvato desidrogenase Piruvato Lactato AcetilCoA Ciclo de Krebs Glicose Pi Pi Glicose6P Frutose6P Frutose16P Gliceraldeído3P Glicerol3P Fosfoenolpiruvato Oxalacetato DHAP NAD NAD ADP GDP NADH NADH ATP GTP Glicoquinase 6fosfatase Frutose 6difosfatase Piruvato carboxiquinase Piruvato carboxilase Malato Malato Piruvato Ciclo de Krebs Glicerol Lactato Aminoácidos Aminoácidos Oxalacetato A B Figura 59 A reações da gliconeogênese em vermelho as etapas que necessitam de enzimas que diferem da glicólise B reações da glicólise em vermelho as enzimas que diferem da gliconeogênese 55 BIOQUÍMICA METABÓLICA Essas três reações permitem a formação dos intermediários do ciclo de Krebs que são produzidos pelo catabolismo dos aminoácidos citrato isocitrato αcetoglutarato succinato fumarato e malato assim como os que fornecem piruvato podem produzir oxalacetato e fornecer glicose através da gliconeogênese As reações da gliconeogênese são estimuladas por glucagon epinefrina e cortisol Como vimos até agora as células dos tecidos animais degradam a glicose 6fosfato na via glicolítica até piruvato Grande parte desse piruvato é oxidada a acetilCoA que por sua vez será oxidado no ciclo de Krebs levando à formação de ATP Entretanto a glicose6fosfato também pode ser utilizada por uma via alternativa conhecida como via das pentoses ou via do 6fofogliconato Vamos estudar a via das pentoses a seguir 28 Via das pentoses Essa via tem algumas características importantes ocorre no citoplasma não há geração de ATP mas há produção de NADPH e pentoses A via das pentoses é composta por duas fases oxidativa e não oxidativa veja figuras a seguir Durante a fase oxidativa as moléculas de glicose6fosfato são oxidadas por moléculas de NADP pela enzima glicose6fosfatodesidrogenase G6PD com formação de moléculas NADPH e 6fosfato gliconato Essas moléculas de 6fosfogliconato também são oxidadas gerando ainda mais moléculas de NADPH moléculas de CO2 e ribulose5fosfato NADP H2O NADP NADPH H NADPH CO2 Glicose6fosfato Glicose6fosfato desidrogenase 6fosfogluconoδlactona 6fosfogliconolactonase 6fosfogliconato Fase não oxidativa Ribulose5fosfato Figura 60 Fase oxidativa da via das pentoses A partir desse ponto as reações são não oxidativas e a ribulose5fosfato por isomerização passa para a forma de ribose5fosfato Parte da ribose5fosfato continua no processo de isomerização gerando a xilulose5fosfato Essas pentoses podem gerar novas moléculas de glicose6fosfato E qual via metabólica pode ocorrer a partir da glicose6fosfato Ela pode ser utilizada tanto na via de pentoses como em todas as vias de metabolismo da glicose Durante a fase não oxidativa são geradas moléculas de glicose6fosfato e gliceraldeído3fosfato que são intermediários da via glicolítica 56 Unidade I Ribulose5fosfato Ribulosefosfato3epimerase Ribulosefosfatoisomerase Xilulose5fosfato Ribose5fosfato Transquetolase Transaldolase Sedoeptulose7fosfato Gliceraldeído3fosfato Eritrose4fosfato Transcetolase Gliceraldeído3fosfato Frutose6fosfato Frutose6fosfato Figura 61 Fase não oxidativa da glicólise A G6PD é uma enzima citoplasmática presente nos tecidos mas é no metabolismo das hemácias que a G6PD exerce suas funções de destaque A G6PD tem papel essencial no metabolismo das hemácias tanto na obtenção de energia a partir da glicose quanto na sua proteção contra a ação de agentes oxidantes por manter uma proteína denominada glutationa no estado reduzido Mutações no gene da G6PD geram defeito enzimático nas hemácias que podem causar anemia hemolítica Saiba mais Você pode se aprofundar nesse assunto lendo o artigo MONTEIRO W M et al G6PD deficiency in Latin America systematic review on prevalence and variants Memórias do Instituto Oswaldo Cruz v 109 n 5 p 553568 ago 2014 Disponível em httpwwwscielobr scielophpscriptsciarttextpidS007402762014005040123lngen nrmisotlngen Acesso em 1º jul 2020 Agora vamos detalhar as reações químicas 57 BIOQUÍMICA METABÓLICA Fase não oxidativa C O H HO H H H H H C C C C C C CH2O P OH OH O OH OH OH H O H H HO H H C C C C C CH2O P OH H OH OH H H H O C C C CH2O P H OH OH H H H H H H C C C C C CH2O P OH O OH OH OH Ribulose5fosfato Síntese de ácidos nucleicos Ribulose5fosfato Eritrose4fosfato Xilulose5fosfato H H HO H H C C C C C CH2O P O OH H OH OH H H HO H H C C C C C CH2O P O OH H OH OH Glicose6fosfato Glicose6fosfato Ribulose5fosfato Xilulose5fosfato Gliceraldeído3fosfato Frutose6fosfato Gliceraldeído3fosfato NADP NADP CO2 NADPH H NADPH H H2O H H H H H H C C C C C CH2O P O OH OH OH OH H H HO H H H C C C C C CH2O P O H OH OH OH HO H H C C C C CH2O P CH2OH O H OH OH H H C C CH2O P O OH H H C C CH2O O OH Fase oxidativa Figura 62 Reações da via das pentoses Observamos assim que há um intercâmbio entre as vias de acordo com as necessidades da célula E a entrada da glicose6fosfato na via das pentoses ou na via glicolítica depende das necessidades momentâneas da célula assim como da relação entre as concentrações de NADPH e NADP NADPH NADP Quando a concentração de NAPDH é maior do que a de NADP ocorre inibição alostérica da primeira enzima da via a glicose 6P desidrogenase e portanto mais glicose 6P está disponível para a glicólise Exemplo de aplicação De acordo com o explicitado até aqui por que os indivíduos com deficiência de G6PD não podem usar drogas oxidativas Pacientes com anemia por deficiência de G6PD devem evitar exposição a fármacos ou outras substâncias que produzam peróxido e causem a oxidação da hemoglobina e das membranas das hemácias Entre os fármacos que podem ser o gatilho da hemólise estão salicilatos primaquina nitrofuranos alguns derivados da vitamina K e fenazopiridina 3 LIPÍDIOS Os lipídeos ingeridos ou fabricados por nosso corpo ficarão armazenados nos adipócitos pois serão grande fonte de energia para quase todas as nossas células e quando nós precisamos de ATP energia para funções vitais e não temos de onde retirar por exemplo do glicogênio de estoque ou da alimentação são os lipídeos que serão nossa reserva maior de energia Como eles são apolares não há 58 Unidade I água ao seu redor podemos até dizer que são anidros então quando estocados não há aumento de volume pela presença de água ou seja há maior peso seco dessa forma quando sofrerem o processo de oxidação completa irão gerar 9 kcalg muito mais se comparado a 4 kcalg de carboidratos e 4 kcalg de proteínas Os triglicérides encontrados na corrente circulatória provêm de dois locais alimentação e produção do próprio corpo Como já explicado em bioquímica estrutural a lipoproteína VLDL e LDL levam os TG até o tecido adiposo e chegando lá a enzima lipoproteína lipase hidrolisa os triacilgliceróis ou triglicérides que estão nas lipoproteínas para que possam entrar nas células adiposas e serem armazenados De certa forma descreveremos os processos de emagrecimento ou perda de gordura ou queima de gordura lipólise e engorda lipogênese O processo de lipólise ocorre quando não há disponibilidade de alimento ou durante a prática de exercícios físicos resultando na redução da gordura corporal enquanto o outro seria o inverso Observação Assim como o colesterol todos nós temos triglicérides no sangue e não há problema algum nisso pelo contrário pois tem função importante em todas as células mas em quantidades muito altas triglicerídeos com níveis iguais ou superiores a 400 mgdL estão relacionados a um maior risco cardiovascular obesidade esteatose hepática gordura no fígado e pancreatite entre outras patologias Na alimentação eles estão disponíveis nos alimentos ricos em carboidratos simples açúcar farinha branca etc e nos gordurosos principalmente de origem animal como carnes leite integral e queijos amarelos Variações nas dietas na atividade física no uso de bebidas alcoólicas e certos medicamentos são as causas mais frequentes de grandes variações dos níveis de triglicérides 31 Processo de liberação de lipídeos do tecido adiposo Com o jejum superior a 8 horas os triglicerídeos começam a ser degradados Em resposta ao nível baixo de glicose no sangue os triglicerídeos TG dos adipócitos serão clivados pela enzima marcapasso lipase hormônio sensível LHS Ela é ativada pelos hormônios glucagon ou epinefrina também chamada adrenalina que em uma reação em sequência ou reação em cadeia ligamse em receptores de membrana dos adipócitos ativam a proteína G que está no citoplasma que ativa a enzima adenilato ciclase AC presente na membrana plasmática do adipócito aumentando a concentração intracelular de AMP cíclico AMPc pela reação ATP AMPc PPi O AMPc fosforila que coloca radical fosfato uma proteína quinase dependente de AMPc ativando a enzima LHS que irá hidrolisar os triacilglicerol em ácido graxo e glicerol que saem da célula O cérebro e as hemácias não utilizam TGs triglicerídeos como fonte energética só utilizam glicose e o cérebro também pode usar além da glicose os corpos cetônicos CC 59 BIOQUÍMICA METABÓLICA Os ácidos graxos que são liberados dos adipócitos são transportados pelo sangue ligados à albumina e serão utilizados por musculoesquelético coração e fígado como fonte energética Glicose sg Hormônios glocagon ou epinefrina Membrana celular Receptor do adipócito Sangue Proteína G Adenilato ciclase ATP AMPc PPI Proteína quinase LHS TG AG glicerol Figura 63 Esquema da ativação do AMPc e sua implicação na lise de triglicerídeos Lembrete O cérebro e as hemácias não utilizam TGs triglicerídeos como fonte energética só glicose e o cérebro também pode usar além da glicose os corpos cetônicos CC Os TGs irão liberar ácidos graxos livres AGLs e glicerol no citoplasma e os AGLs deverão entrar nas mitocôndrias das célulasalvo para gerar ATP Mas para isso deverão passar as duas membranas mitocondriais a externa e a interna chegando na matriz mitocondrial Primeiro os AGL de cadeia longa são ativados reação onde é gasto 1 ATP até AMP que em termos de análise de gasto de energia podemos contar gasto de 2 ATPs por que foram gastas duas ligações ricas em fosfato e depois se ligam à coenzima A se transformando em acilCoA como demonstrado a seguir Ácido graxo ATP CoA AcilCoA AMP PPi 60 Unidade I Os acilCoA se ligam à carnitina liberando a coenzima A e se transformam em AGcarnitina ou acilcarnitina A carnitina é uma molécula transportadora como uma lançadeira pois a membrana interna da mitocôndria é impermeável à coenzima A e à acilCoA e a carnitina disfarça o ácido graxo AG que consegue passar pelo espaço intermembranar e chegando à matriz mitocondrial figura a seguir Nesse local ocorre a ligação novamente à coenzima A e se inicia a chamada βoxidação ou ciclo de Lynen Espaço intermembranoso Carnitina aciltransferase II Carnitina aciltransferase I Carnitina Matriz mitocondrial O O O O C C C C Carnitina CoA Carnitina CoA CoA R CoA R Carnitina R R Figura 64 Esquema da passagem do ácido graxo AG pela membrana da mitocôndria auxiliada pela carnitina Observação A carnitina 3hidroxi 4trimetilaminobutanoato é um composto sintetizado pelo organismo sendo que a Lcarnitina isômero na forma ativa da carnitina é sintetizada principalmente no fígado nos rins e no cérebro a partir de dois aminoácidos essenciais lisina e metionina além de ferro ácido ascórbico ou vitamina C niacina ou vitamina B3 e piridoxina ou vitamina B6 Alimentos de origem animal como carne vermelha e os derivados do leite podem ser fontes exógenas de carnitina Esta é transportada até o coração e o musculoesquelético para exercer sua função de ajuda no transporte do AGL para atravessar a membrana da mitocôndria 61 BIOQUÍMICA METABÓLICA 32 Ciclo de Lynen Nesse compartimento matriz mitocondrial ocorrerá oxidação reação com o oxigênio na posição β da molécula de acilCoA Consiste em uma sequência de quatro reações que resultam na saída de dois carbonos de uma cadeia de ácidos graxos e que consta de uma desidrogenação que produz 1 FADH2 uma hidratação outra desidrogenação com a produção de NADH H terminando com uma clivagem reação irreversível em que ocorre a liberação de 1 molécula de acetilCoA que inicia o ciclo de Krebs liberando NADH H FADH2 e uma molécula de AGL com dois carbonos a menos o que irá iniciar essas reações novamente por isso se chama ciclo de Lynen bioquímico que descobriu esse processo recomeçando o ciclo a partir da desidrogenação e formação de FADH2 Se o AG tiver cadeia par de carbonos terminará em 4 carbonos que se dividem em 2 moléculas de 2 carbonos 2 acetilCoA Para a maioria dos mamíferos os ácidos graxos com cadeias ímpares são raros mas são encontrados em ruminantes Nesse caso o término será com 5 carbonos número ímpar o que liberará uma molécula de 2 carbonos acetilCoA e uma molécula de 3 carbonos propionilCoA convertido a succinilCoA intermediário do ciclo de Krebs A oxidação dos ácidos graxos com número ímpar de carbonos é difícil de ocorrer em seres humanos portanto não iremos nos ater a ela Caso o AG tiver duplas ligações essas deverão ser clivadas antes do início do ciclo de Lynen usando para isso uma molécula de NADPH H para desfazer cada dupla ligação Lembrete A oxidação dos ácidos graxos com número ímpar de carbonos é difícil de ocorrer em seres humanos 33 Aproveitamento do glicerol O glicerol proveniente da degradação dos triglicerídeos não pode ser reaproveitado pelos adipócitos que não têm a enzima gliceroquinase sendo então liberado no sangue e metabolizado no fígado onde há essa enzima O glicerol é convertido a glicerol3fosfato pela transferência de um grupo fosfato do ATP e depois transformado em dihidroxiacetona fosfato um intermediário da glicose ou da gliconeogênese figura a seguir Dependendo do estado fisiológico do organismo o glicerol toma o caminho da glicólise hepática ou o caminho da gliconeogênese do fígado Representa cerca de 5 da energia dos TG e 95 vem dos AG Glicerol 3fosfato Glicerol 3fosfato desidrogenase Dihidroxicetona fosfato NAD NADH H H2C H2C H2C OH OH O P H2C H2C H2C OH O O P Figura 65 Reação do glicerol3p em dihidroxicetona fosfato 62 Unidade I 34 Regulação da lipólise Como não ocorre a entrada de glicose nas células o corpo acredita que não há oferta de glicose para o sangue dessa forma tenta aumentar a quantidade de glicose no sangue para que entre nas células com o aumento dos níveis dos hormônios glucagon adrenalina e GH hormônio de crescimento que são caracterizados como hormônios lipolíticos e hiperglicêmicos No momento que há necessidade de energia e não tem carboidratos no caso glicose deverão ser oxidados os triglicerídeos até ácidos graxos e glicerol que em sua maioria estão no interior dos adipócitos do tecido adiposo branco e representam as principais reservas de energia nos mamíferos Nesse momento podemos dizer que irá iniciar o processo de lipólise lise quebra lipo lipídeos Observação A oxidação de ácidos graxos insaturados fornece menos energia que a oxidação dos ácidos graxos saturados pois deverá ocorrer a quebra da dupla antes do começar o ciclo de Lynen pela liberação de hidrogênio pelo NADPH A enzima lipase hormônio sensível LHS é inibida pelo hormônio insulina e ativada por glucagon adrenalina e GH além dos glicocorticoides e fará o trabalho de quebra dos TGs e ao passarem pela membrana celular do adipócito irão para a corrente sanguínea se ligam à albumina e são transportados para vários tecidos do organismo como rins tecido adiposo marrom coração e principalmente fígado e musculoesquelético Chegando nesses órgãos o TG será liberado pela lipoproteína lipase presente em cada um deles e sofrerá catabolismo Exemplo de aplicação Quantos ATPs geram um ácido graxo de 16C saturados se forem oxidados até CO2 e H2O Para o AG entrar na célula é gasto 1 ATP Cada volta no ciclo de Lynen gera 1 NADH H correspondente a 3 ATPs 1 FADH2 correspondente a 2 ATP portanto 5 ATPs por volta se são feitas 7 voltas teremos 35 ATPs no total Se em cada volta do ciclo de Lynen ou βoxidação libera 1 acetilCoA serão liberadas 8 moléculas no total Cada molécula faz 1 ciclo de Krebs gerando 1 GTP 1 ATP 3 NADH H 3 3 ATPs 9 ATPs e 1 FADH2 2 ATP total de 12 ATPs por volta então serão 8 voltas por que teremos 8 acetilCoA portanto um total de 96 ATP Saldo final de ATP 35 96 131 ATPs 2 ATPs Total é de 129 ATP ver figura a seguir 63 BIOQUÍMICA METABÓLICA Primeira volta Segunda volta Terceira volta Quarta volta Quinta volta Sexta volta Sétima volta acilCoA com número par de carbonos 16 carbonos acetilCoA acetilCoA acetilCoA acetilCoA acetilCoA acetilCoA acetilCoA acetilCoA acilCoA com 2 carbonos a menos 14 acilCoA com 2 carbonos a menos 12 acilCoA com 2 carbonos a menos 10 acilCoA com 2 carbonos a menos 8 acilCoA com 2 carbonos a menos 6 acilCoA com 2 carbonos a menos 4 Figura 66 Esquema da oxidação de um ácido graxo de 16 C sem saturações 64 Unidade I Quando a principal fonte de energia para o organismo glicose se esgota os ácidos graxos devem ser oxidados para liberar energia Observação Existem distúrbios da oxidação dos ácidos graxos DOAG por causa de deficiências genéticas em que o organismo é incapaz de oxidar os ácidos graxos para produzir energia devido à ausência ou mau funcionamento de uma enzima específica dessa via e portanto não tem disponibilidade de energia Um exemplo desses distúrbios é a síndrome da morte súbita do lactente doença autossômica recessiva que apresenta maior incidência em brancos de origem norteeuropeia Reino Unido Holanda Países Escandinavos Alemanha provocada por uma mutação pontual adenina substituída pela guanina em um gene de uma das enzimas do ciclo de Lynen Se manifesta com hipoglicemia sem corpos cetônicos vômitos letargia e alterações mentais incluindo o coma e ainda cardiomiopatia e miopatia Grandes quantidades de ácidos graxos com 612 carbonos podem ser excretadas pela urina ácidos orgânicos urinários e analisados em cromatografia gasosa como diagnóstico da doença além de se analisar o perfil de acilcarnitinas quantitativo e dosagens de carnitina total e livre no plasma O tratamento consta em evitar o jejum por 46 horas fato que leva à hipoglicemia e letargia necessitando de hospitalização Múltiplas refeições com alimentos pobres em gordura e ricos em carboidratos e uso de suplementos de Lcarnitina são pontos principais do tratamento dessas enfermidades 35 Lipogênese ou biossíntese de ácidos graxos O ato de engordar era importante no passado na época das cavernas para os seres humanos pois levaria à sobrevivência quando não houvesse comida Mas atualmente a oferta de comida é grande e então a capacidade de armazenar gordura não é tão apreciada como antes levando até à obesidade A lipogênese ocorre no fígado nos rins no cérebro no pulmão nas glândulas mamárias e no tecido adiposo é uma via citoplasmática anaeróbica sendo sua molécula precursora o acetilCoA proveniente por exemplo do metabolismo de carboidrato Quando ocorre ingestão de dietas hipercalóricas com carboidratos eou proteínas em excesso formamse várias moléculas de acetilCoA que iniciam o ciclo de Krebs com a formação de muitas moléculas de GTP NADH H e FADH2 que na fosforilação oxidativa irão gerar muitas moléculas de ATP Quando o ATP está sendo produzido em excesso não é mais necessário girar o ciclo de Krebs então uma das enzimas marcapasso do ciclo de Krebs a isocitrato desidrogenase é inibida aumentando o 65 BIOQUÍMICA METABÓLICA nível de citrato integrante do CK O aumento de citrato e ATP favorece a síntese de ácidos graxos pois essa molécula é permeável à membrana mitocondrial e extravasa para o citosol onde é transformado em acetilCoA molécula que inicia a lipogênese e não consegue passar a membrana mitocondrial e ácido oxalacético e esse último é transformado em malato no próprio citosol O malato passa a piruvato que retorna à mitocôndria Carboidratos e proteínas Piruvato Piruvato AcetilCoA Ácido graxo Ciclo de Krebs Citrato Oxaloacetato Oxaloacetato AcetilCoA Citrato Malato Fumarato Succinato SucciilCoA Isocitrato αcetoglutarato Mitocôndria Citossol NADPH Figura 67 Esquema da saída de citrato da mitocôndria em direção ao citosol A primeira reação da síntese de AG é a formação de malonilCoA a partir da carboxilação adição de carbono de acetilCoA pela enzima acetilCoA carboxilase enzima marcapasso da lipogenese Usando energia derivada da hidrólise de ATP na primeira etapa um CO2 é ligado a um resíduo de biotina vitamina com função de coenzima e transferido para acetilCoA O recémformado malonilCoA com 3 carbonos e é ligado à proteína carregadora de acila ACP que reúne várias enzimas formando uma rodagigante um complexo multienzimático então chamada malonilACP As reações que ocorrem são a perda da coenzima A e a ligação desse malonilACP a outra acetilCoA e depois da saída de 1 CO2 será gasto 1 NADPH proveniente da via das pentoses saída de água e gasto de mais 1 NADPH gerando um AG inicial de 4C saturados ligados ao ACP Para que esse pequeno AG seja alongado deverá ter a reação com outros malonilCoA repetidamente e as reações descritas anteriormente 36 Formação de triglicerídeos Os triglicerídeos são produzidos no retículo endoplasmático dos diferentes órgãos que são responsáveis pela síntese de lipídeos Os ácidos graxos sintetizados na lipogênese se combinam por reação de esterificação com uma molécula de glicerol que deve estar na forma de glicerofosfato para gerar triglicerídeos que é a forma de armazenamento de lipídeos nos adipócitos No fígado a gliceroquinase que está ativa no fígado e não no tecido adiposo transforma o glicerol em 3glicerofosfato Como no tecido adiposo a síntese de triglicérides não ocorre por meio 66 Unidade I da enzima gliceroquinase que não existe nesse tecido então o glicerofosfato é obtido através da fosfodihidroxicetona que com a ajuda da enzima glicerofosfato desidrogenase transforma o glicerol em fosfodihidroxicetona proveniente da via glicolítica ou da via das pentoses e depois em 3glicerofosfato resultando em triglicérides O glicerofosfato se transforma em ácido fosfatídico figura a seguir que origina um diacilglicerol e depois o último acilCoA será unido e se transformará em triacilglicerol R2 H2C H2 C O O O O CH C O O O P R1 O O Figura 68 Esquema de um ácido fosfatídico glicerol 2 AG Os TGs recémformados no fígado são transportados para as células adiposas através de junção com lipoproteínas VLDL ou LDL pois como é lipossolúvel ou hidrofóbico não se dissolve no sangue líquido com predominância de água Quando a lipoproteína chega até a célula adiposa a enzima lipoproteína lipase ativada pela insulina presente nos órgãos músculo adiposo cardíaco e esquelético cliva seu conteúdo e os ácidos graxos resultantes se difundem pela membrana da célula adiposa pois são lipossolúveis e a membrana é lipoproteica se juntando novamente no interior da célula adiposa se tornando novamente TGs e armazenandose no seu interior Exemplo de aplicação Qual seria a explicação para a reação global da síntese de lipídeos de 16 C saturados 8 acetilCoA 14 NADPH 14 H 7 ATP ácido palmítico 14 NADP 7 ADP 7 Pi 7 H2O Um acetilCoA se junta com um acetil que se transformou em malonilCoA o qual perde 1 carbono A cada volta na via de síntese dos AGs a molécula ganha dois carbonos do malonilCoA que tem 3 carbonos mas sempre irá perder 1 carbono até a formação do palmitato ao ácido palmítico se não estiver ionizado liberando a coenzima A Então 1 molécula de acetilCoA 7 moléculas de malonilCoA que eram acetilCoA ao todo 8 acetilCoA Cada vez que entra um malonilCoA significa 1 volta portanto 7 voltas Se em cada volta gasta 2 NADPH H e 1 ATPs que será hidrolisado em 7 voltas serão 14 NADPH H e 7 APTs 67 BIOQUÍMICA METABÓLICA 37 Regulação da síntese de ácidos graxos A síntese de ácidos graxos tem entre outras funções o armazenamento de gorduras para utilização posterior Portanto fica claro que a insulina que é um hormônio que induz armazenamento seja estimuladora da síntese de malonilCoA e consequentemente de ácidos graxos Os hormônios glucagon e epinefrina são liberados quando se faz necessário a disponibilidade de energia para as células portanto é lógico pensar que esses hormônios inibirão a síntese de ácidos graxos O excesso de ácidos graxos formado fará um feedback negativo na transformação de acetilCoA em malonilCoA modulando dessa forma a produção de ácidos graxos e o citrato precursor do acetilCoA em excesso fará um feedback positivo estimulando a formação de malonilCoA a partir de acetilCoA que dessa forma impedirá o acúmulo de citrato Na hiperglicemia a insulina ativa as vias hipoglicemiantes que são a glicólise ativada pela insulina e inibida pelo glucagon inativada pelos produtos malonil glicogênese e a via das pentoses e a lipogênese por isso é chamado hormônio hipoglicemiante e lipogênico As enzimas marcapasso acetilCoA carboxilaseCoA e palmitoilCoA AG com 16 C ativadas pelo citrato são inativadas devido à presença de adrenalinaglucagon Quando há grande produção de ATP tanto ciclo de Krebs e cadeia respiratória são bloqueados causando o acúmulo de acetilCoA dentro da mitocôndria que irá sair para o citoplasma na forma de citrato pois a membrana é impermeável a acetilCoA e através da enzima citrato liase presente no citoplasma celular voltará a ser acetilCoA 38 Cetogêsene ou síntese de corpos cetônicos A cetogênese é um mecanismo que ocorre na matriz mitocondrial hepática e desvia o excesso de acetilCoA formado na quebra dos AG em corpos cetônicos CC Esse processo ocorre no fígado e é dependente da enzima HMGCoA sintase Após a sua formação no tecido hepático os corpos cetônicos são exportados para outras partes do corpo tais como músculo cérebro e córtex renal Apesar de outros órgãos como coração e córtex renal oxidarem AG também podem usar CC para obter energia O fígado não tem enzimas para transformar acetoacetato em acetilCoA e portanto usam os AG como fonte de energia As células nervosas em compensação não têm enzimas para fazer βoxidação dependem de glicose e CC e as hemácias também dependem de glicose unicamente pois não podem utilizar corpos cetônicos já que serão utilizados na mitocôndria ciclo de Krebs Em períodos de jejum dieta de restrição de carboidratos exercícios intensos prolongados alcoolismo ou em diabetes mellitus tipo 1 não tratada são formadas grandes quantidades de CC porque a quantidade excessiva de acetilCoA não pode ser convertida em glicose O fato de proteínas influenciarem a quantidade de CC no corpo é explicado já que a acetilCoA e a acetoacetilCoA podem vir do catabolismo dos aminoácidos fenilalanina isoleucina leucina lisina 68 Unidade I tirosina triptofano treonina e os aminoácidos leucina e lisina que são exclusivamente cetogênicos pois se transformam em componentes do ciclo de Krebs 39 Síntese de corpos cetônicos Na síntese de colesterol ocorre a junção de acetoacetilCoA e acetilCoA resultando em HMG CoA reação que é catalisada pela enzima HMGCoAsintase Com o excesso de acetil CoA e a não necessidade de sintetizar colesterol ocorrerá clivagem da HMGCoA formando acetoacetato corpo cetônico e acetilCoA H3C C O OH AcetoacetilCoA AcetilCoA HMGCoA sintase H2O Coenzima A HMGCoA CH3 CH2 O O O O C CoA CoA H3C C CoA C C C CH2 CH2 O H3C C O OH Acetoacetato AcetilCoA HMGCoA liase HMGCoA CH3 CH2 O O O O C O CoA H3C C CoA C C C CH2 CH2 O HMGCoA liase CO2 H3C C O Acetoacetato CH2 O C O Acetona H3C C O CH3 CH3 O O C βhidroxibutirato desidrogenase NAD NADH H H3C C O Acetoacetato CH2 O C O βhidroxibutirato CH3 C OH CH2 Figura 69 Esquema da formação de corpos cetônicos CC Os CC são solúveis em água e rapidamente o acetoacetato vai para a corrente sanguínea ou pode ser reduzido para βhidroxibutirato e uma pequena parte forma acetona e dióxido de carbono CO2 Apesar do nome cetônico o βhidroxibutirato é um ácido carboxílico e não uma cetona pois não tem o grupo C O em carbono secundário característico mas é assim chamado porque é derivado de cetonas A energia proveniente dos CC se baseia no fato de que o βhidroxibutirato se transforma em acetoacetato e ele se cliva em 2 moléculas de acetilCoA que será aproveitado no ciclo de Krebs e produzirá a energia em células que não sejam do fígado pois os ácidos βhidroxibutírico e acetacético não têm as enzimas necessárias para utilizálos como combustíveis A acetona não pode ser convertida em acetilCoA então ela é excretada na urina e como pode facilmente evaporar é exalada odor característico em pessoas com diabetes descompensada ou em jejum 69 BIOQUÍMICA METABÓLICA Observação Quando o ácido está na forma não ionizada ele é chamado de ácido com sufixo ICO e quando está ionizado ou seja perdeu H ele é chamado com o sufixo ato e perde a palavra ácido no começo por exemplo ácido acetoacético e acetoacetato 310 Consequências da cetogênese Esse processo é fisiológico e natural pois podemos ficar em jejum por conta de várias situações Mas em casos de períodos de jejum prolongado ou quando não se trata o diabetes mellitus tipo 1 situação chamada descompensada o aumento dessas substâncias no sangue pode ter consequências mais graves Ao aumento de corpos cetônicos no sangue chamamos cetonemia que leva à acidose metabólica ou cetoacidose pois os corpos cetônicos têm caráter ácido levando à redução do pH sanguíneo pelo aumento de H liberado dos CC O seu aproveitamento depende da quantidade de tempo que se está de jejum ou seja muito jejum muitos CC Observação O medidor de glicemia capilar ou glicosímetro é um aparelho que ajuda na automonitorização da glicemia para saber os níveis de glicose no sangue hipoglicemia ou hiperglicemia O resultado vai ajudar na aplicação da insulina Sabendose que o sangue segue para todos os órgãos inclusive rins os CC e a glicose irão ser excretados na urina cetonúria e glicosúria podendo ser dosados com fitas reagentes usando urina fato que irá auxiliar o paciente a saber se está descompensado Lancetas são usadas para fazer um furo no dedo e a gota de sangue deve cobrir uma fita que vem juntamente ao aparelho Nessa fita contém reagente que promove alteração na sua cor que é interpretada pelo aparelho A cetoacidose diabética ocorre mais comumente em pacientes com diabetes tipo 1 mas também acontece em pacientes com diabetes tipo 2 Devese levar o paciente imediatamente ao hospital pois é um sinal de que a glicemia está alta e a cetonemia corpos cetônicos no sangue também Essa situação no diabetes ocorre por que as células não estão recebendo glicose no seu interior por falta de insulina e precisam de energia para tanto deve gastar lipídeos na βoxidação liberando várias moléculas de acetilCoA que irão ao ciclo de Krebs e formarão CC 70 Unidade I Como os CC têm caráter ácido e baixam o pH do sangue pH normal é de 74 005 se esse estado fisiológico não for tratado rapidamente pode levar ao coma e à morte Alguns sinais de cetoacidose diabética são malestar vômitos diurese aumentada dor abdominal e hálito cetônico letargia etc Outras situações além do diabetes descompensado pode levar à acidose metabólica como erro de dose de insulina bulimia ou anorexia ingestão excessiva de álcool desnutrição infecção O tratamento é realizado com soro fisiológico endovenoso para reposição contínua das perdas hídricas correção dos déficits de eletrólitos perda de sais e da hiperglicemia além do uso correto da insulina intravenosa e em casos graves diálise e assistência respiratória para não chegar a ter arritmias cardíacas ou edema cerebral Observação A cetose nutricional é um tipo de dieta baseada na redução de carboidratos e proteínas O objetivo é levar o organismo a consumir os estoques de gorduras e aquelas que forem consumidas nas refeições Durante o jejum a glicemia diminui reduzindo a insulinemia Quando isso ocorre há aumento da atividade da lipase hormônio sensível LHS nos adipócitos que cliva os triacilgliceróis liberando AG e glicerol para o sangue Principalmente o tecido muscular esquelético e cardíaco usam os AG como fonte de energia ATP Os CC têm como substrato para a formação dos corpos cetônicos a acetilCoA formada durante a βoxidação dos AG São eles ácido βhidroxibutírico CH3CHOHCH2COOH e ácido acetacético CH3COCH2COOH que são formados nas mitocôndrias do fígado e depois da descarboxilização do acetoacetato formase o último CC a acetona CH3COCH3 Observação Entre as dietas de emagrecimento uma tem chamado a atenção das pessoas jejum intermitente Processo que intercala períodos de jejum com períodos de alimentação para que no jejum o corpo use os TGs como energia São períodos entre 10 a 24 horas de jejum em que pode tomar somente água com ou sem gás e chás e café sem açúcar Existem prós e contras como em qualquer dieta e é por conta disso que deve haver orientação médica Entre as pessoas mais vulneráveis a esse tipo de dietas estão os idosos e os menores de 18 anos Entre algumas desvantagens podemos citar desnutrição desidratação hipoglicemia fraqueza muscular dificuldades de concentração tendência à compulsão e até anorexia ou bulimia entre outros 71 BIOQUÍMICA METABÓLICA 4 COLESTEROL 41 Síntese de colesterol O colesterol é composto por 27 átomos de carbonos figura a seguir e sintetizado a partir da acetil CoA sendo por isso não classificado como lipídeo lipídeo por definição bioquímica é éster de AG e sim um esteroide ou esterol sintetizado pelos animais com características muito semelhantes aos lipídeos Cerca de 20 a 25 da produção total diária 1 gdia ocorre no fígado outros locais de maior taxa de síntese incluem intestinos glândulas adrenais e gônadas CH3 CH3 CH3 H3C H3C HO Figura 70 Estrutura química do colesterol Plantas apresentam um tipo de composto semelhante ao colesterol chamado fitosterol A maior parte do colesterol presente no corpo é sintetizada pelo próprio organismo cerca de 70 do colesterol total o restante vem da dieta cerca de 30 do colesterol total O colesterol está presente na constituição da bile é precursor para a síntese de vitamina D e de vários hormônios esteroides glicocorticoides cortisol mineralocorticoides aldosterona e hormônios sexuais progesterona estrógenos testosterona e derivados Como os lipídeos em geral o colesterol também é insolúvel em água e consequentemente insolúvel no sangue devendo ser transportado até outros órgãos através de ligação a diversos tipos de lipoproteínas Existem vários tipos de lipoproteínas união de uma proteína com colesterol TG e fosfolipídios classificadas de acordo com a sua densidade As primeiras a serem formadas têm presença de mais lipídeos que proteínas quilomícron VLDL LDL já a lipoproteína HDL tem no seu conteúdo mais proteína que lipídeos ou colesterol De acordo com as suas características físicoquímicas são divididas em quilomícrons VLDL very low density lipoprotein ou lipoproteína de muito baixa densidade LDL low density lipoproteins ou lipoproteína de baixa densidade e HDL high density lipoproteins ou lipoproteína de alta densidade O quilomícron é o primeiro a ser formado no intestino e leva os lipídeos da dieta pela veia porta até o fígado O LDL é conhecido como mau colesterol e o HDL como colesterol bom Mas na verdade a quantidade ou concentração sanguínea baixa ou alta é que deve ser considerada Por exemplo baixa quantidade de HDL é ruim alta quantidade é bom alta quantidade de LDL é ruim mas baixa quantidade é bom levando em consideração doenças chamadas dislipidemias que podem levar à arteriosclerose 72 Unidade I Lembrete Não existe mau colesterol ou bom colesterol e sim a quantidade ou concentração sanguínea baixa ou alta 42 Principais etapas da síntese do colesterol A acetilCoA que está no citoplasma transportada para fora da mitocôndria na forma de citrato inicia a síntese de colesterol bem como dos ácidos graxos e CC A síntese de colesterol se inicia com a união de 2 moléculas de acetilCoA formando acetoacetilCoA 4 carbonos que se une com outra acetilCoA e forma HMGCoA hidroximetilglutarilCoA com 6 carbonos Essa etapa é irreversível na síntese do colesterol O HMGCoA se transforma em mevalonato contém 6 carbonos pela enzima HMGCoA redutase enzima marcapasso da síntese de colesterol com a ajuda de 2 NADPH que é convertido a isopentenil pirofosfato com 5 carbonos com gasto de 3 ATPs e perda de 1 carbono sendo chamada agora unidade isoprenoide UIP porque será a unidade repetida monômero de um polímero chamado colesterol depois de reações de fosforilação e descarboxilação 1 UIP 1 UIP forma 1 geranil pirofosfato com 10 C 1 UIP forma farnesil pirofosfato com 15 C Duas moléculas de farnesil pirofosfato condensamse e com a ajuda de 1 molécula de NADPH formase o esqualeno com 30 C Nesse momento ocorre a adição de oxigênio seguida de ciclização da cadeia formando um núcleo esteroide com quatro anéis chamado núcleo pentanoperidrofenantreno A conversão do esqualeno ao lanosterol zimosterol e colesterol ocorre por via de múltiplas etapas envolvendo deslocamento de metilas oxidações e descarboxilações Resumindo Acetato C2 isoprenoide C5 esqualeno C30 colesterol C27 Todas as reações ocorrem no citoplasma e os átomos de carbono são fornecidos pela acetilCoA e moléculas de NADPH promovem as reações de reduções adição de hidrogênio 43 Regulação da síntese do colesterol Várias são as formas de controlar a síntese do colesterol Biossíntese do colesterol é regulada diretamente pelos níveis do colesterol no sangue Quanto maior for a ingestão de colesterol menor será a quantidade sintetizada pelo fígado Esse processo pode ser chamado feedback ou retroalimentação da enzima marcapasso HMGCoA redutase 73 BIOQUÍMICA METABÓLICA Insulina aumenta a atividade de HMGCoA redutase enquanto glucagon e cortisol inibem a atividade da enzima Medicamentos os da enzima marcapasso são inibidores competitivos da enzima HMGCoA redutase reduzindo os níveis sanguíneos da lipoproteína de baixa densidade LDLcolesterol ou mau colesterol Esses medicamentos se chamam estatinas e vários são registrados no Brasil por exemplo atorvastatina lovastatina pravastatina rosuvastatina e sinvastatina Observação O ritmo circadiano é uma reação que ocorre no período de 24 horas no corpo Seria o relógio biológico influenciado principalmente pela variação de luz temperatura marés e ventos entre o dia e a noite A síntese de colesterol cuja atividade é regulada ao nível da enzima HMGCoA redutase atinge o pico seis horas após ter escurecido e o mínimo aproximadamente seis horas após a reexposição à luz Por essa razão medicamentos como estatinas devem ser ingeridos à noite Fibras e proteínas promovem a perda de sais biliares e com eles colesterol Há necessidade de controle pois quando o nível sérico de LDL diminui induz à síntese de receptores LDL aumentando a síntese da enzima HMGCoA redutase que eleva a biossíntese do colesterol Caso uma pessoa faça dieta substituindo ácidos graxos saturados por ácidos graxos poliinsaturados ocorrerá rapidamente metabolização mais rápida no fígado diminuindo a concentração de colesterol plasmático Dessa forma se houver uso correto de medicamento e dieta adequada resultará na queda plasmática do colesterol Sequestradores de ácido biliar são substâncias que se ligam aos ácidos biliares e reduzem a reabsorção no intestino diminuindo a concentração de colesterol Ácido nicotínico vitamina B3 diminui a concentração de VLDL o que acaba por reduzir a concentração de LDL podendo até aumentar a concentração de HDL Observação Além de proteger o coração enrijecer os músculos e aumentar o condicionamento físico os exercícios também colaboram para o controle do colesterol pois diminuem os níveis de LDL e ajudam a elevar o HDL A combinação de estatinas com fibratos pode auxiliar a reduzir os níveis de colesterol e aumentar os de HDLC mas está associada a casos de miopatia e toxicidade hepática portanto um médico sempre deve analisar caso a caso 74 Unidade I 44 Transporte do colesterol O colesterol é minimamente solúvel em água e por essa razão deve se combinar com substâncias que facilitem seu transporte pelo sangue Dessa forma ele é transportado na corrente sanguínea pelas lipoproteínas As lipoproteínas são formadas de fosfolipídeos colesterol triglicerídeos e proteína As proteínas são chamadas apolipoproteínas que formam a superfície de uma dada partícula de lipoproteína determinando de que células o colesterol será removido e para onde ele será fornecido Dependendo da quantidade e tipo de proteína e de lipídeos irão apresentar densidades diferentes As maiores lipoproteínas os quilomícrons têm vida curta e transportam o colesterol e TG da dieta da mucosa intestinal para o fígado Nele as partículas de quilomícron liberam triglicerídeos e um pouco de colesterol mas uma parte se liga a outra proteína tornandose lipoproteínas de densidade muito baixa VLDL que vão para o sangue levar TG para vários órgãos Quando chegam novamente ao fígado são convertidas em partículas de lipoproteínas de baixa densidade LDL que vão para todos os órgãos As partículas de lipoproteína de alta densidade HDL transportam colesterol de volta para o fígado para a excreção são chamadas colesterol bom pois além de levar colesterol e TG para o fígado atrapalham a entrada de LDL nas paredes das artérias O colesterol tem um papel central em muitos processos bioquímicos mas é mais conhecido pela associação existente entre doenças cardiovasculares e as diversas lipoproteínas que o transportam e os altos níveis de colesterol no sangue hipercolesterolemia Observação Como as pessoas no Brasil e no mundo estão com os níveis de colesterol muito elevados a Sociedade Brasileira de Cardiologia SBC alterou os valores de referência para colesterol e triglicérides a fim de controlar problemas advindos da hipercolesterolemia As novas metas para as taxas de colesterol ruim LDL aceitáveis segundo a SBC agora são Até 130 mgdL para pessoas de baixo risco não apresentam fator de risco para doenças cardíacas Até 100 mgdL para indivíduos com médio risco manifestam apenas um fator de risco Até 70 mgdL para pacientes de alto risco têm mais de um fator de risco 75 BIOQUÍMICA METABÓLICA Até 50 mgdL para indivíduos com altíssimo risco já tiveram infarto AVC colocação de ponte de safena ou stent O colesterol total passou de 200 mgdl para 190 mgdl e a necessidade de jejum de 12 horas para coleta de sangue para medir colesterol foi retirada 45 Degradação do colesterol O colesterol é excretado do fígado na bile e é reabsorvido no intestino e reutilizado ou eliminado sendo modificado por bactérias intestinais antes da excreção como coprostanol entre outros esteróis Saiba mais Compostos orgânicos produzidos pelo homem como o coprostanol são chamados marcadores moleculares antropogênicos e sua quantidade no meio ambiente está relacionada com a poluição por efluentes domésticos leia mais sobre em CARREIRA R et al Distribuição de coprostanol 5βHcolestan 3βOL em sedimentos superficiais da Baía de Guanabara indicador da poluição recente por esgotos domésticos Química Nova v 24 n 1 p 3742 2001 Disponível em httpswwwscielobrpdfqnv24n14447 pdf Acesso em 17 ago 2020 A vesícula biliar armazena bile que funciona como emulsificante ou seja detergente natural que ajuda a degradar os lipídeos da dieta pois como baixa a tensão superficial da gota de lipídeo a lipase pancreática pode agir mais facilmente O TG que agora está clivado em monoglicerídeo ou diglicerídeo e AG pode passar à mucosa intestinal e se combinar com os quilomícrons Na bile temos bilirrubina além dos sais biliares e colesterol vindos do fígado Os sais biliares costumam se originar a partir de colesterol e os ácidos biliares são principalmente o glicocólico o taurocólico e outros resultantes da ação das bactérias intestinais A maioria do colesterol do organismo que chega na forma de HDLcolesterol é eliminado pelo fígado através da bile Os cálculos biliares se iniciam como se fossem areia e depois vão se unindo formando pequenos cristais que aumentam de tamanho e se tornam pedras Podem ser de colesterol de cor amarela que é o tipo mais comum de cálculo biliar ou cálculos biliares pigmentados de cor marrom ou pretas contendo principalmente bile ou bilirrubina 76 Unidade I Observação Caso a pessoa tenha cálculos biliares pode não apresentar sintomas ou ter forte cólica abdominal devido ao bloqueio do ducto cístico ou do ducto biliar Caso a pedra passe ela vai para o intestino delgado ou duodeno e sai com as fezes mas se ficar parada na junção do ducto pancreático e cístico pode impedir a saída do suco pancreático para o intestino já que o ducto final é comum ao pâncreas gerando pancreatite 46 Arteriosclerose Quando o nível de LDLcolesterol aumenta ele fica na corrente sanguínea mais tempo fato que leva à oxidação da molécula A parede das artérias é composta de três camadas adventícia média e mais interna denominada de íntima ou endotelial que fica em contato com o sangue Nessa última camada encontramse proteínas chamadas receptores para LDLoxidada LDLox Geralmente regiões de curvaturas ou bifurcações dos vasos sanguíneos são mais propensas à formação da placa aterosclerótica ocorre quando há ligação entre as proteínas receptoras de LDLcol oxidada e o LDLcol oxidada A partícula é engolida endocitose e colocada no interior dessa membrana e irá se acumular placa de gordura chamada ateroma Nesse momento monócitos chegam ao local e penetram no endotélio na região da placa para tentar desfazêla Os monócitos que agora se chama macrófagos liberam espécies reativas de oxigênio ERO e citocinas que recrutam mais células inflamatórias desencadeando assim um processo inflamatório crônico Como os macrófagos não conseguem digerir a gordura LDL ficam com os lipídeos em seu interior se tornando célula espumosa que não sai do interior da artéria O aumento dessa placa impede o fluxo correto de sangue o que leva ao aumento de pressão arterial por conta dessa obstrução Caso a obstrução esteja presente em artérias do coração por exemplo coronárias podem surgir sintomas como a dor no peito angina pectoris em situações de estresse ou esforço físico indicando que o músculo cardíaco não está sendo oxigenado de maneira adequada Se a obstrução for muito grande a placa se rompe e todo seu conteúdo extravasa entrando em contato com proteínas do sangue responsáveis pela coagulação iniciando aí um pequeno trombo que se movimenta e caminha junto ao fluxo sanguíneo até chegar em um vaso de calibre menor e o entope Nesse momento o vaso se rompe e ocorre um IAM infarto agudo do miocárdio um AVC acidente vascular cerebral ou um AVE acidente vascular encefálico Observação Cerca de 90 das pessoas que tem colesterol alto de origem genética ou seja familiar passa de paimãe para filho não sabem que são portadoras da doença Existem no Brasil até 400 mil pessoas com colesterol alto de origem genética que pode levar ao infarto e ao AVC antes dos 50 anos 77 BIOQUÍMICA METABÓLICA de idade O mais alarmante somente 10 delas sabem que estão doentes Vários hospitais como o Incor Instituto do Coração do Hospital das Clínicas da FMUSP em São Paulo fazem campanhas de alerta à população e de identificação de casos para tratamento Resumo As enzimas aceleram as reações metabólicas nas células Alguns fatores influenciam a atividade enzimática como pH temperatura concentração de enzima e concentração de substrato A enzima se liga a uma molécula de substrato em uma região específica denominada sítio ativo Há outras enzimas chamadas alostéricas ou marcapasso que apresentam outra região onde se ligam substâncias que aceleram ou inibem a atividade enzimática chamada sítio alostérico Algumas funcionam com a ajuda de outra molécula como cofatores e coenzimas Existem substâncias como tóxicos ou medicamentos que impedem o funcionamento da enzima De acordo com a força ou a estabilidade entre o inibidor e a enzima a inibição enzimática pode ser de dois tipos reversível e irreversível sendo que a primeira pode ser competitiva e não competitiva Os macronutrientes estudados foram os carboidratos e os lipídios A digestão de grandes moléculas permite a produção de acetilCoA que dá início ao ciclo de Krebs Na presença de oxigênio há formação de ATP NADH FADH2 e de produtos intermediários para a produção de outras moléculas A digestão dos carboidratos complexos como o amido fornece monossacarídeos que são transportados na corrente sanguínea e entram nas células por meio de transportadores Uma vez dentro das células a glicose tem vários destinos pode produzir ATP ser utilizada na glicogênese ou ainda quando em excesso pode ser transformada em ácidos graxos Entretanto quando a glicemia diminui a utilização das reservas é favorecida pelo glucagon e consequentemente as vias glicogenólise gliconeogênese e lipólise são estimuladas A síntese e a degradação de lipídeos são processos fisiológicos normais e importantes para o ser vivo A lipogênese ocorre quando a ingestão de carboidratos e proteínas é grande e a lipólise quando há falta de glicose no interior das células Cada processo tem sua enzima marcapasso que quando ativada ou inibida irá afetar todo o processo sendo importante saber as substâncias que controlam essas enzimas 78 Unidade I Relacionadas com o excesso de acetilCoA as vias de síntese de colesterol e de corpos cetônicos serão ativadas levando à fabricação desses metabólitos e suas consequências benignas e malignas devem ser analisadas Exercícios Questão 1 UFPR 2019 Na figura a seguir está representado o mecanismo de transferência de um grupo carboxila a um substrato por um carreador ativado Ativação do grupo carboxila Transferência do grupo carboxila H H O O N N S Enzima Biotina Piruvatocarboxilase Ligação rica em energia Biotina carboxilada H O O C O N N S Enzima O Oxaloacetato O C O O O CH2 C O C Piruvato O O CH3 C O C Bicarbonato O C O OH Ribose Adenina CH2 0 P P ADP Ribose Adenina CH2 0 P P P ATP P1 Figura 71 Transferência de grupo carboxila por carreador Fonte ALBERTS B et al Fundamentos da biologia celular 4 ed Porto Alegre Artmed 2017 79 BIOQUÍMICA METABÓLICA Com base na figura anterior e nos conhecimentos sobre metabolismo celular avalie as afirmativas a seguir I Caso ocorra falta de ADP o oxaloacetato não será formado II O carreador envolvido nesse processo funciona como uma coenzima III Parte das moléculas envolvidas nesse processo está diretamente correlacionada ao metabolismo energético celular IV O processo específico da transferência do grupo carboxila é um processo com variação de energia livre negativa Assinale a alternativa correta A São corretas apenas II e III B São corretas apenas I II e IV C São corretas apenas I III e IV D São corretas apenas II e IV E São corretas apenas I e III Resposta correta alternativa A Análise das afirmativas I Afirmativa incorreta Justificativa o oxaloacetato é o ponto de partida para a gliconeogênese e por isso com a falta de ADP energia a gliconeogênese será ativada para liberar glicose para o corpo através da corrente sanguínea II Afirmativa correta Justificativa o carreador é um ativador chamado de acetilcoenzima A que foi ativado pelo piruvato Temos também NAD FAH e ácido lipoico de coenzimas que participam do processo III Afirmativa correta Justificativa por se tratar de um processo de metabolismo para gerar energia aos órgãos do nosso sistema fisiológico as moléculas são precursoras e envolvidas no processo como por exemplo lactato piruvato glicerol e aminoácidos que são convertidos em glicose 80 Unidade I IV Afirmativa incorreta Justificativa o grupo carboxila é um grupamento orgânico união de carbonila e hidroxila com caráter ácido devido à liberação de H vista na extremidade da carboxila Questão 2 IBFC 2016 As lipoproteínas transportam os triacilgliceróis e o colesterol entre os órgãos e tecidos As anormalidades no metabolismo das lipoproteínas são fatoreschave no desenvolvimento da aterosclerose um processo que afeta as paredes arteriais e consequentemente o fornecimento de sangue e a oferta de oxigênio ao coração causando doença cardíaca coronariana cérebro causando acidente vascular cerebral e outras grandes artérias causando doença vascular periférica A doença cardiovascular relacionada com a aterosclerose é uma importante causa de morte no mundo industrializado Sobre os lipídeos e as lipoproteínas assinale a alternativa correta A As lipoproteínas de alta densidade HDL possuem os triacilgliceróis como seus principais constituintes B As VLDL lipoproteínas de densidade muito baixa e as partículas remanescentes são ricas em colesterol e pobres em triacilgliceróis C Os quilomícrons são formados principalmente por proteínas e colesterol D As lipoproteínas de baixa densidade LDL fazem o transporte reverso do colesterol E As LDL lipoproteínas de baixa densidade são pobres em triacilgliceróis e ricas em colesterol Resposta correta alternativa E Análise das alternativas A Alternativa incorreta Justificativa as lipoproteínas de alta densidade HDL garantem o transporte do colesterol no corpo retirando seu excesso levandoo ao fígado para ser eliminado pelo corpo B Alternativa incorreta Justificativa as VLDL lipoproteínas de densidade muito baixa e as partículas remanescentes são ricas em triglicerídeos C Alternativa incorreta Justificativa os quilomícrons são formados principalmente por triglicérides em seu núcleo central 81 BIOQUÍMICA METABÓLICA D Alternativa incorreta Justificativa as lipoproteínas de baixa densidade LDL transportam o colesterol do fígado para as células E Alternativa correta Justificativa as LDL lipoproteínas de baixa densidade são ricas em colesterol