Sebenta de Bioquímica I
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SEBENTA
BIOQUMICA I
BERNARDO MANUEL DE SOUSA PINTO
FACULDADE DE MEDICINA DA UNIVERSIDADE DO PORTO
2010/2011
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Bernardo Manuel de Sousa Pinto Faculdade de Medicina da Universidade do Porto
Sebenta de Bioqumica I
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ndice Digesto e absoro de glicdeos.3
Gliclise e oxidao do piruvato.....9
Ciclo de Krebs.......14
Fosforilao oxidativa.....18
Gliconeognese.....24
Metabolismo da galactose, frutose, cido glicurnico e acares aminados ....28
Metabolismo do glicognio....33
Via das pentoses-fosfato......37
Tabela de vitaminas......40
Enzimas: Cofactores e Inibidores......41
Classes de enzimas........42
Esto includos nesta sebenta resumos relativos s aulas de grupo (metabolismo de glicdeos)
de Bioqumica I da Faculdade de Medicina da Universidade do Porto. Como anexos, inclu
tambm trs tabelas-sntese: Uma sobre as vitaminas que participam nestes processos de
metabolismo e as restantes sobre enzimas.
Bom trabalho e sucesso nos exames,
Bernardo M. Sousa Pinto
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Bernardo Manuel de Sousa Pinto Faculdade de Medicina da Universidade do Porto
Sebenta de Bioqumica I
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Digesto e absoro de glicdeos
O que so quimicamente os glicdeos?
Quimicamente, os glicdeos so derivados aldedicos ou cetnicos de polilcoois, ou seja, polilcoois,
onde um grupo hidroxilo foi oxidado, perdendo dois tomos de hidrognio. Dessa forma, podemo-nos
referir s oses, ou monossacardeos, unidades constituintes dos glicdeos, como sendo aldoses (quando
a oxidao ocorre ao nvel do grupo hidroxilo do primeiro carbono) ou cetoses (quando a oxidao
ocorre ao nvel do grupo hidroxilo do segundo carbono), com vrios grupos hidroxilo e pelo menos trs
tomos de carbono (com apenas dois tomos de carbono no conseguimos ter vrios grupos hidroxilos
livres, apenas, quando muito, um).
O grupo dos glicdeos subdivide-se em oses e
osdeos. As oses, ou monossacardeos so as
unidades bsicas dos glicdeos. So exemplos de
oses a glicose, a galactose, a manose e a
frutose. Os osdeos consistem em oses ligadas a
outra coisa, podendo ser outras oses
(holosdeos) ou algo que no seja uma ose
(heterosdeos). Dentro dos holosdeos temos
homopoli(oligo)sacardeos, caso as unidades
que se ligam sejam todas iguais ou
heteropoli(oligo)sacardeos, se no forem todas iguais (ambos podem ou no ser ramificados).
Relativamente aos osdeos, podemos classific-los como dissacardeos, de que so exemplo a sacarose,
a maltose e a lactose; oligossacardeos, se tiverem entre 3 e 10 monossacardeos, sendo que a maior
parte no desdobrada pelas enzimas humanas e polissacardeos, se deles fizerem parte mais do que
10 monossacardeos. O amido e o glicognio so polissacardeos.
As oses encontram-se frequentemente sob a forma cclica, mais do que sob a forma linear. Para que
estas molculas passem forma cclica, d-se uma ligao semiacetal (no caso de estarmos perante uma
aldose) ou cetal (no caso de estarmos perante uma cetose), em que o grupo carbonilo reage com o
grupo hidroxilo. Forma-se um carbono anomrico, visto que um carbono que no era assimtrico
passou a s-lo. Duas oses reagem, formando uma ligao acetal e libertando uma molcula de gua.
Essa ligao acetal estabelece-se entre o semiacetal e um lcool. Referimos que um determinado
composto tem poder redutor, sempre que existe um carbono anomrico livre.
Classificao dos glicdeos em termos qumicos e funcionais
A forma de classificao das oses j foi referida. Contudo, podemos ainda classificar as oses em termos
qumicos e funcionais, ou seja de acordo com o nmero de carbonos e com a presena de um
aldedo/cetona respectivamente. Dessa forma, as estruturas podem ser classificadas em trioses,
tetroses, pentoses, hexoses e heptoses, de acordo com o nmero de carbonos presentes e aldoses ou
cetoses, caso apresente um grupo aldedo ou cetnico. As duas classificaes podem ser aplicadas
simultaneamente a um monossacardeo, por exemplo, a glicose uma aldo-hexose.
Existem ainda os acares-lcoois (que ocorrem naturalmente nos alimentos) em que o grupo carbonilo
foi reduzido, tendo sido originado um grupo lcool. Derivados dos glicdeos incluem os cidos urnicos,
cidos aldnicos e aldricos.
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Isomeria verificada nos glicdeos
Existem vrios tipos de isomeria verificada nos glicdeos. A glicose consegue formar 16 ismeros! As
formas mais comuns de isomeria verificadas nos glicdeos so as que se seguem:
Isomeria D e L:
As oses normalmente apresentam-se sob a forma D, embora
tambm haja algumas que estejam naturalmente na forma L
(nomeadamente a arabinose, a fucose e a xilulose). Esta isomeria
quiral (porque as molculas D so as imagens espelho das
imagens L) fcil de detectar pela orientao do grupo hidroxilo
do ltimo carbono assimtrico. Quando este est orientado para
a direita, temos uma molcula do tipo D, por outro lado,
quando est orientado para a esquerda, temos uma molcula do
tipo L. Todos os ismeros que no so quirais so
diastroismeros (o que inclui os epmeros). Existem estruturas D
(-), D (+), L (-) e L(+), prendendo-se o + e o com a orientao
que os carbonos assimtricos tomam quando iluminados com luz polarizada, representando o + a
rotao para a direita (dizem-se destrgiros) e o para a esquerda (dizem-se levgiros). A frutose existe
sobretudo sob a forma de D(-) e por isso tambm designada por levulose, enquanto a glicose ocorre
sobretudo sob a forma de D(+), sendo por isso designada por dextrose.
Piranose e furanose:
Quando os monossacardeos assumem estruturas cclicas, podem se dispor em estruturas pentagonais
como furano, ou hexagonais como o pirano. A glicose ocorre em 99% sob a forma de piranose.
Anmeros e :
O carbono anomrico aquele em que, aps se ter
institudo uma ligao semiacetal ou cetal passou a ser
assimtrico, no o sendo anteriormente. A classificao
de um monossacardeo como sendo um anmero ou
prende-se com a orientao do grupo OH no carbono
anomrico. Nos monossacardeos do grupo D, temos
estruturas , quando o grupo OH est para baixo e
quando est para cima. Nos monossacardeos do grupo -
L ao contrrio.
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Isomeria aldose-cetose:
Ismeros em que uma das molculas uma aldose e a outra uma cetose. Por exemplo, a frutose e a
glicose tm a mesma frmula molecular, mas diferem na frmula estrutural, visto a frutose ser uma
cetose e a glicose ser uma aldose.
Epmeros:
Epmeros so ismeros, onde a orientao dos grupos OH e H num
dos carbonos 2,3 ou 4 (no caso das hexoses) difere, sendo inversa. Por
exemplo, a glicose um epmero da manose, devido a diferenas no
carbono 2.
Principais formas de glicdeos nos alimentos
O amido um polissacardeo, mais propriamente um homopolissacardeo ramificado, constituindo por
resduos de glicose, e que se encontra frequentemente em cereais, batatas, leguminosas e outros
vegetais, visto ser um importante polmero vegetal de reserva. O amido tem dois constituintes principais
a amilose, com uma estrutura no-ramificante, constituda por ligaes 1->4 e a amilopectina,
consistindo em cadeias ramificantes, por ligaes 1->6.
A frutose est presente em elevadas concentraes na fruta, bem como em alguns vegetais. Contudo,
este monossacardeo igualmente a base de muitos adoantes, estando presente em refrigerantes e
outros doces.
A sacarose (dissacardeo constitudo por resduos de glicose e frutose, ligados por uma ligao
glicosdica 1->2 e sem poder redutor), dado ser a molcula presente no vulgar acar de mesa est
presente em muitos doces, sobremesas, refrigerantes sendo tambm usada como conservante.
Naturalmente, a sacarose tambm se encontra no sorgo, nalgumas frutas e vegetais.
A lactose, por seu turno, um dissacardeo formado por resduos de glicose e galactose (ligadas ligao
glicosdica 1->4, sendo do tipo osdeo-ose), presente no leite e seus derivados.
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Digesto de glicdeos
A digesto de glicdeos feita por hidrlise (AB + H2O A + B), permitindo libertar oligossacardeos e
posteriormente dissacardeos e monossacardeos, atravs da quebra das ligaes glicosdicas, que
ocorre mediada por enzimas. O ndice de glicemia o aumento dos nveis de glicose no sangue aps
uma dose de teste de glicdeos. A glicose e a galactose tm um ndice de 1, algo que acontece tambm
com a lactose, maltose, isomaltose e trealose, visto que por hidrlise estes oligossacardeos originam os
monossacardeos acima referidos. A frutose, a sacarose e os acares-alcois dado serem absorvidos
mais lentamente, tm um ndice glicmico mais baixo. O ndice glicmico do amido varia entre 0 e 1,
algo que resulta dos nveis variveis da hidrlise deste polissacardeo. Os alimentos com menor ndice
glicmico so considerados mais benficos para a sade, visto provocarem menores flutuaes nos
nveis de secreo de insulina. O amido resistente e os polissacardeos sem amidos fornecem substratos
para a fermentao bacteriana no intestino grosso e o butirato resultante e outras pequenas cadeias de
cidos gordos fornecem energia para os entercitos intestinais.
A hidrlise do amido catalisada pelas amilases salivar e pancreticas na cavidade oral e no intestino
delgado, que actuam aleatoriamente nas ligaes glicosdicas (1->4) estabelecidas (sendo necessrias
outras enzimas para quebrar as ligaes 1->6), resultando como produtos finais, maltotriose (trmero
com 3 resduos glicose ligados por ligaes glicosdicas -1,4), maltose, glicose e dextrina limite da
amilopectina (oligossacardeo formado por vrios resduos glicose sendo que dois deles esto ligados
por uma ligao ->1,6).
Na cavidade oral, a amilase salivar transforma o amido em maltose e dextrina, aps sucessivas quebras
de ligao. Esta enzima funciona a um pH ptimo situado entre os 5.6 e os 6.9, sendo que o baixo pH
existente no estmago inactiva a sua actividade.
No duodeno, os sucos pancreticos libertados so ricos em amilase pancretica, que catalisam a
hidrlise aleatria das ligaes glicosdicas (1->4) da amilina, resultando em maltose, maltotriose e
dextrina. No lmen do intestino, tambm o pH ptimo para as enzimas prximo de 7. No intestino
encontramos duas enzimas - maltase (->1,4 glicosdase) e a isomaltase (->1,6 glicosdase), que
catalisam a hidrlise da maltose, maltotriose e dextrina limite. J no lmen intestinal, mais
propriamente, prximo dos entercitos, encontramos vrias enzimas, nomeadamente a lactase (-1,4
galactosdase, sendo que deficincia nesta enzima leva ocorrncia de intolerncia lactose, algo
relativamente comum na populao portuguesa) e a sacarase, que catalisam a hidrlise da lactose e da
sacarose. Estas ltimas enzimas so designadas ecto-enzimas, por actuarem fora dos entercitos, apesar
de serem enzimas da sua membrana citoplasmtica.
Alguns glicdeos complexos que so componentes de plantas no so digeridos pelas enzimas presentes
na saliva, no estmago ou no intestino delgado e no so absorvidos. Passam para o intestino grosso
(clon) onde podem ser parcialmente digeridos pelas bactrias do intestino e so importantes
componentes das fezes. Estes glicdeos so colectivamente designados por fibras.
Absoro de glicdeos ao nvel dos entercitos
Os entercitos so as clulas que ao nvel do intestino delgado realizam a absoro dos
monossacardeos. Como estes so substncias muito hidroflicas e de dimenses considerveis, no
atravessam a membrana celular por transporte simples, sendo necessrio o recurso a transportadores,
neste caso por transporte activo. A glicose e a galactose so absorvidas graas a um processo de
transporte activo secundrio, dependente de sdio, sendo transportadas pela mesma protena
transportadora presente no plo basal dos entercitos (SGLT 1 - Sodium dependent GLucose
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Transporter 1) e
competindo pela
absoro intestinal.
Assim, a glicose e a
galactose podem entrar
para o meio intracelular
contra o gradiente de
concentrao pelo
transportador SGLT1
(este um simporter,
porque s funciona se
transportar duas
substncias diferentes
na mesma direco mas
o transporte s
possvel se, pelo
menos, o transporte de
uma das substncias ocorrer a favor de gradiente, o que neste caso acontece com o sdio).
Este simporter est ento dependente da presena de um gradiente de sdio, algo que gerado pela
bomba de sdio e potssio, que expulsa sdio para o meio extracelular, permitindo que o sdio depois
entre para o meio intracelular a favor do gradiente. Como o transporte de glicose s ocorre conta da
bomba de sdio e potssio, diz-se que estamos na presena de transporte secundrio. Por seu turno, o
transporte ocorrido ao nvel da bomba de sdio e potssio transporte primrio. Relativamente
frutose, este monossacardeo entra a favor do gradiente de concentrao por difuso facilitada, atravs
de uma protena, o GLUT5.
Estes monossacardeos (a glicose, a galactose e a frutose) vo ser expulsos do entercito, do seu plo
basal, mas desta vez para os capilares sanguneos, atravs de um processo de difuso facilitada operada
pelo transportador GLUT2 (os GLUTs so transportadores uniporters).
A transcrio do gene que codifica o SGLT1 aumenta quando a concentrao de glicose elevada no
lmen intestinal. Ou seja, a sntese de SGLT1 aumenta (lentamente) aps uma refeio que contenha
glicose ou glicdeos que a possam gerar, mas no afectada pela glicemia. O mesmo acontece no caso
do GLUT5, aquando da ingesto de frutose. Dessa forma, aquando de uma menor ingesto de glicdeos,
est presente uma menor quantidade de SGLT1. Ora, a no-entrada de sdio e glicose para os
entercitos, leva a que no ocorra, consequentemente, a entrada de gua por osmose, para estas
clulas, atravs de aquaporinas. Isto leva a que grandes quantidades de gua sejam expulsas, por
diarreias agudas, um importante factor de mortalidade infantil nos pases sub-desenvolvidos.
Importncia da flora microbiana
Alguns glicdeos complexos que so componentes de plantas no
so digeridos pelas enzimas presentes na saliva ou no intestino
delgado e no so absorvidos. Passam para o intestino grosso
(clon) onde podem ser parcialmente digeridos pelas bactrias do
intestino e so importantes componentes das fezes. Essas bactrias,
genericamente designadas por flora intestinal, estabelecem com os
seres humanos uma relao simbitica, permitindo a fermentao
parcial de substratos para os quais no temos enzimas,
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transformando esses complexos em cadeias curtas de cidos gordos, de extrema importncia para as
clulas (estas cadeias incluem cido actico, propinico, isobtrico, isovalrico e valrico), facilitam a
distino, pelo sistema imunitrio, de bactrias patognicas e produzem biotina e vitamina K. Podemos
designar as bactrias da flora intestinal, na sua generalidade, como probiticas, por apresentarem
frequentemente efeitos positivos para o hospedeiro. Para estimular o desenvolvimento da flora
microbiana, ingerem-se frequentemente substncias no digerveis que se designam por pr-biticas.
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Gliclise e oxidao do piruvato
Processos de metabolismo
Os seres vivos obtm energia, atravs da oxidao de
nutrientes, sendo esta armazenada sob a forma de ATP,
visto que as ligaes fosfato l envolvidas so
altamente energticas. Estes processos so
genericamente designados por catablicos. De entre os
processos catablicos para a obteno de energia,
destacam-se os processos aerbios, que ocorrem na
presena de oxignio. A gliclise uma etapa comum
aos processos catablicos de fermentao (realizada
em condies anaerbias) e de respirao aerbia. J os
processos que envolvem quebra das ligaes fosfato no
ATP e, como tal, consumo de energia, geralmente associado sntese de novas substncias, so
anablicos. De referir que numa clula do organismo a concentrao de ATP praticamente no varia,
mesmo quando a sua velocidade de hidrlise aumenta porque, quando isto acontece (por exemplo, nas
fibras musculares, durante o esforo fsico), aumenta igualmente a sua velocidade de sntese (formao
de ATP a partir de ADP e Pi).
Gliclise
A gliclise ocorre no citoplasma das clulas e consiste na converso da glicose em piruvato (processo
exergnico), acompanhada pela sntese de ATP (processo endergnico), a partir da energia libertada. A
gliclise a forma de obteno de energia dos eritrcitos e dos neurnios, que no tm mitocndrias,
bem como dos procariontes, que tambm no as possuem. Tambm as clulas musculares
(especialmente dos msculos brancos), aquando de falta de oxignio (por exemplo quando levado a
cabo um maior esforo fsico), realizam fermentao lctica, obtendo energia a partir, unicamente, da
gliclise.
As enzimas que participam no processo de gliclise so, portanto, essenciais ao nosso organismo (sem
estas o processo de gliclise no ocorreria), sendo que deficincias nestas podem levar a anemias
hemolticas, ou, no caso dos msculos esquelticos, fadiga. Por outro lado, nas clulas tumorais, a
gliclise ocorre a um ritmo muito rpido, formando grande quantidade de piruvato, que depois
reduzido e convertido em cido lctico, o que pode levar inclusive a uma acidose lctica.
A reaco geral da produo de lactato por via da glicose traduz-se por:
Glicose + 2 ADP + 2Pi -> 2Lactato + 2ATP + 2 H2O
O incio da gliclise relaciona-se com a enzima hexocinase, que catalisa a sua fosforilao, originando-se
glicose 6-fosfato. Esta reaco ocorre com consumo de energia, proveniente da doao de um fosfato
por parte do ATP e , em condies normais, irreversvel. Posteriormente, por aco da enzima
fosfohexose isomerase, a glicose-6-fosfato convertida em frutose 6-fosfato, algo que envolve uma
isomerizao aldose-cetose. Essa reaco sucedida por outra fosforilao, catalisada, desta vez, pela
enzima fosfofrutocinase-1, levando formao de frutose 1,6-difosfato. Mais uma vez, esta reaco
considerada, em condies fisiolgicas, irreversvel, desempenhando um importante papel na regulao
da taxa da gliclise.
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De seguida, a enzima aldolase catalisa, a clivagem da frutose 1,6-difosfato, formando-se duas trioses
fosfatos: O gliceraldedo 3-fosfato e a dihidroxiacetona fosfato, que so convertidos uns nos outros
pela enzima fosfotriose isomerase. Segue-se a oxidao do gliceraldedo 3-fosfato, reaco catalisada
pela enzima (dependente de NAD) gliceraldedo 3-fosfato desidrogenase e que tem, como
consequncia, o composto 1,3-difosfoglicerado. Esta enzima um tetrmero, cujas subunidades so
todas iguais, contendo todas um grupo SH, o que leva a que os grupo SH se encontrem no centro
activo da enzima. Como tal, o substrato liga-se aos grupos SH formando um tiosemiacetal, que
oxidado, originando um tioster (os hidrognios removidos so transferidos para o NAD+), que sofre
fosforlise (adio de um grupo fosfato inorgnico, originando-se 1,3-difosfoglicerato).
O fosfato do 1,3-difosfoglicerato ento transferido para a molcula de ADP, originando-se ATP e 3-
fosfoglicerato. Esta reaco catalisada pela enzima cnase do fosfoglicerato. Como as trioses formadas
so duas, vo se formar duas molculas de ATP de facto, at este ponto (dois ATP per molcula de
glicose, como tal, sendo o saldo de ATP, desde o incio da glicose at esta etapa nulo).
O 3-fosfoglicerato ento isomerado para 2-fosfoglicerato, pela enzima mtase do fosfoglicerato.
Posteriormente, a enzima enolase catalisa uma desidratao, originando fosfoenolpiruvato. Esta
enzima inibida, pelo flor, razo pela qual, se acrescenta flor a anlises do sangue para medio dos
nveis de glicose. A enolase est tambm dependente da presena de magnsio ou mangans.
Deficincias de magnsio levam ento a fadiga, por impossibilidade de gnese de ATP.
O fosfato do fosfoenolpiruvato ento transferido para o ADP, gerando ATP, por aco da enzima
cinase do piruvato, formando-se (enol)piruvato. Temos agora um saldo positivo de duas molculas de
ATP, per molcula de glicose, pois cada triose derivada da glicose produz uma molcula de ATP.
O (enol)piruvato sofre uma reaco espontnea, sendo transformado em (ceto)piruvato, sendo ambas
variantes de piruvato. Terminada a gliclise, o (ceto)piruvato pode seguir duas vias em condies
anaerbias, por aco da desidrognase do lactato, transformada em lactato, aps sofrer reduo.
Em condies aerbias, o piruvato levado at s mitocndrias, onde ser oxidado no ciclo do cido
ctrico, convertendo-se, inicialmente, em acetil-CoA, atravs de uma reaco irreversvel que envolve o
piruvato e a CoA. Nesta ltima reaco, catalisada pela desidrognase do piruvato, ocorre uma
descarboxilao e a adio de CoA.
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Regulao da gliclise
A maioria das reaces ocorridas no processo da gliclise so reversveis, contudo, so
termodinamicamente muito mais favorecidas, no sentido descrito no tpico anterior, podendo ser,
como tal, consideradas de grosso modo, irreversveis. As reaces catalisadas pela hexocinase,
fosfofructocinase e cnase do piruvato so onde se do os principais momentos de regulao de
gliclise. Nomeadamente, a fosfofructocinase-1 significantemente inibida, aquando de concentraes
normais intracelulares de ATP (mecanismo que podemos associar ao feedback negativo). De referir que,
a concentrao de ATP nas clulas praticamente invarivel, no sofrendo oscilaes apreciveis (p.e.,
quando h um maior consumo de ATP, a clula no fica com dfice desta molcula).
O complexo de desidrognase do piruvato apresenta cinco actividades, mas apenas trs delas so
enzmicas. A sua forma fosforilada a forma inactiva e, como tal, a sua desfosforilao activa o processo
de converso do piruvato em acetil-CoA, sendo esta reaco irreversvel e ocorrendo nas mitocndrias.
Um excesso de acetil-CoA faz com que esta possa ser convertida em cidos gordos. Este complexo est
dependente da vitamina B e uma carncia extrema desta pode levar a neuropatias, dado que os
neurnios esto completamente dependentes da obteno de ATP por via da gliclise.
A fosftase da desidrognase do piruvato o componente do complexo desidrognase do piruvato que
catalisa a sua desfosforilao e a consequente activao do processo de converso do piruvato em
acetil-CoA. A fosftase da desidrognase do piruvato activada pelo Ca2+ e, consequentemente, quando
a concentrao de Ca2+ aumenta em resposta ao estmulo nervoso aumenta tambm a velocidade de
oxidao do piruvato a acetil-CoA.
Produo de lactato: Consideraes biolgicas
Num corao normal cada molcula de cido pirvico formada durante a oxidao da glicose
imediatamente oxidada formando-se CO2: a gliclise do miocrdio normal aerbia. Contudo, em
situaes em que o fluxo sanguneo est perturbado (situaes de isquemia como o enfarte ou angina
de peito) o fornecimento de O2 no suficiente para oxidar todas as molculas de NADH formadas (o
oxignio na maioria das clulas o regenerador das concentraes de NAD+, pois ao reduzir-se a gua,
leva oxidao do NADH a NAD+). Assim, ocorre aumento da concentrao intracelular de NADH (e
diminuio na de NAD+), o que leva a que, de modo a serem asseguradas as concentraes normais de
NAD+ (que so superiores s de NADH), o piruvato seja reduzido a lactato. Isto similar ao que ocorre
em tumores mal irrigados. Tambm o crebro, o tracto gastrointestinal, a medula renal a retina e a pele
tm capacidade de produzir lactato. O fgado e os rins so rgos que, semelhana do corao,
normalmente oxidam o lactato, mas que em condies hipxicas, o produzem.
Mesmo em repouso, os msculos, sobretudo as fibras musculares brancas, produzem, normalmente,
algum lactato mas o exerccio fsico intensifica marcadamente o processo. Durante o exerccio que
costume designar-se de anaerbio a concentrao de lactato nas fibras musculares pode aumentar
cerca de 30 vezes, ocorrendo por isso uma descida do pH nas fibras musculares (o pKa do cido lctico,
que ronda os 4, mais baixo que o pH do citoplasma das fibras musculares, que similar a 7.4 e, por
isso, a maioria das molculas de cido lctico dissocia-se formando o io lactato), o que conduz ao
processo de fadiga. No caso do corao isqumico, a descida do pH intracelular, tem como efeito a
reduo da capacidade de bombeamento.
Gliclise nos eritrcitos
Os eritrcitos so clulas que no possuem mitocndrias e, desse modo, obtm todo o seu ATP por via
da gliclise, sendo o lactato o composto final deste processo. Nestas clulas, a glicose entra por via do
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transportador GLUT1 e a reaco catalisada pela cnase do
fosfoglicerato, frequentemente ultrapassada, pela reaco da mtase
do fosfoglicerato, que catalisa a converso do 1,3-difosfoglicerato a 2,3-
bifosfoglicerato, seguida de hidrlise deste composto pela fosftase do
2,3-bifosfoglicerato, algo que tem por consequncia a formao de 3-
fosfoglicerato. Esta via alternativa no permite obter ATP extra, mas
permite a gnese de um composto, que se liga hemoglobina,
impedindo que esta tenha afinidade com o oxignio e permitindo que
este esteja mais facilmente disponvel para outros tecidos. Em elevadas
altitudes, a produo de 2,3-bifosfoglicerato ento maior, visto haver maior necessidade de
oxigenao dos tecidos.
A concentrao de NAD+ (e NADH) dentro dos eritrcitos (como em todas as clulas) muito baixa
(estimada em cerca de 78 mM) e, na ausncia de um mecanismo que permitisse reoxidar o NADH a
NAD+, todo o NAD+ do eritrcito se esgotaria em pouco tempo (nas restantes clulas o O2 que oxida o
NADH). De facto, a concentrao de NAD+ (e NADH) estacionria porque cada molcula de NADH que
se forma na gliclise imediatamente oxidada a NAD+ por aco cataltica da desidrognase do lactato,
tal como acontece no corao isquimico.
Assim, os eritrcitos consomem glicose e libertam continuamente cido lctico que vai ser
metabolizado por outras clulas do organismo. Contrariamente gliclise que termina com a formao
de piruvato, em que h variao do nmero de oxidao mdio dos carbonos da glicose e do piruvato,
na gliclise que termina com a formao de cido lctico, h manuteno do nmero de oxidao mdio
dos carbonos da glicose e do cido lctico (em ambos os casos, 0). Logo, este processo no pode ser
considerado oxidativo.
Gliclise nos hepatcitos
A glicose entra para os hepatcitos atravs do transportador GLUT2. A sua grande actividade permite
que quase ocorra uma situao de equilbrio entre a concentrao de glicose no sangue e dentro dos
hepatcitos, o que permite que variaes da glicemia do sangue sejam acompanhadas por variaes ao
nvel dos hepatcitos.
Nos hepatcitos, dada a elevada concentrao de
glicose, a hexocnase predominante vai ser a
hexocinase de tipo IV, tambm designada por
glicocinase. Esta tem menor afinidade com o
substrato, o que leva a que no haja saturao
enzimtica to precoce, como nos mostra o grfico
seguinte. Isto permite uma maior sequestrao da
glicose dentro dos hepatcitos. Aquando de baixos
nveis glicmicos a glicocnase encontra-se sobretudo
no ncleo dos hepatcitos, ligada a uma protena
inibidora. Quando os valores de glicemia aumentam,
a glicose liga-se ao complexo glicocnase-protena
inibidora, levando sua dissociao. A glicocnase fica
ento activa e desloca-se para o citoplasma, iniciando a gliclise.
A gliclise e a aco da desidrognase do piruvato so reguladas no fgado, por aco da insulina e da
glicagina, que actuam mediante os valores de glicemia. A insulina sintetizada nas clulas dos ilhus
de Langerhans, enquanto a glicagina, tambm designada por glucagon, sintetizada nas clulas . Um
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aumento da concentrao de glicose no sangue,
nomeadamente na veia que irriga o fgado (a veia porta,
onde a concentrao de glicose pode subir de 4 mM para
14 mM. A imagem da esquerda mostra a veia porta
rodeada por hepatcitos) leva a uma aumento de da
sntese e secreo de insulina e a uma diminuio da
concentrao de glicagina, ou pelo menos a uma diferena
maior entre as concentraes destas duas hormonas. O
aumento da glicemia, atravs de uma maior quantidade de
insulina, que activadora da oxidao da glicose, vai ento
levar a uma maior velocidade de oxidao de glicose no fgado (quando a glicemia baixa o fgado deixa
de oxidar glicose e passa a oxidar cidos gordos). A insulina activa tambm a sntese das principais
enzimas da gliclise, como a cnase da frutose-6-fosfato, a fosfofrutocnase-1. Por ltimo, a insulina
activa as fosfatases para que estas desfosforilem a desidrognase do piruvato, activando esta enzima.
A glicagina, pelo contrrio, uma hormona que exerce os seus efeitos, apenas no fgado, porque apenas
na membrana celular dos hepatcitos encontramos receptores para esta hormona. O aumento da
secreo pancretica de glicagina, quando esta desce permite a diminuio, no fgado, da concentrao
de frutose-2,6-bisfosfato, um activador alostrico da fosfofrutocnase-1. Desta forma, a glicagina,
diminuindo a actividade desta enzima da gliclise vai, no fgado, diminuir a velocidade de consumo de
glicose. A glicagina tambm induz a inibio da cnase do piruvato heptica, atravs da sua fosforilao.
Gliclise nas clulas musculares
Nas clulas musculares o transportador de glicose o GLUT 4. A glicose que entra nos msculos de
imediato fosforilada (pela hexocnase II1) e convertida a glicose-6-fosfato e, como tal, a concentrao de
glicose sempre maior no meio extracelular que no meio intracelular, o que leva entrada de glicose
para as clulas musculares.
O nmero de transportadores GLUT4 na membrana sacroplasmtica varivel, estando dependente da
actividade contrctil da fibra muscular e das concentraes de insulina. Deste modo, aquando de um
maior esforo fsico, ou aquando de um aumento do nvel de glicemia favorecido um aumento de
velocidade de entrada de glicose para a clula muscular.
A velocidade de hidrlise de ATP sofre oscilaes muito acentuadas no msculo esqueltico (no estado
de esforo pode ser mais de 100 vezes superior do estado de repouso). Contudo, esse aumento da
velocidade de hidrlise acompanhado por um aumento da velocidade de sntese desta molcula, algo
que consequncia do aumento da velocidade de consumo de nutrientes, incluindo o de glicose na
gliclise (e subsequente oxidao do piruvato pelo O2). Uma maior hidrlise de ATP leva a aumentos de
concentrao de ADP e AMP (produtos resultantes da sua hidrlise), apesar de no ocorrerem
praticamente variaes na concentrao de ATP, isto porque a concentrao de ATP cerca de 100
vezes superior de ADP e cerca de 10000 vezes superior de AMP e, portanto, ligeiras oscilaes da
concentrao de ATP repercutem-se em grandes alteraes da concentrao de ADP e AMP. Este
mecanismo assemelha-se transferncia de um aluno de uma turma de 50 alunos para uma turma de 5
alunos, enquanto na primeira turma a mudana no significativa, na segunda turma, a entrada de um
novo aluno altera muito o panorama desta.
O AMP e o ADP so activadores alostricos da fosfofrutocnase-1. O ATP, um dos substratos desta
enzima, pode tambm se ligar ao centro alostrico desta, inibindo a sua actividade. Dessa forma
aquando de maiores concentraes de AMP e/ou ADP, ocorre concomitantemente um aumento da
actividade de fosforutocnase-1 e da taxa de gliclise
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Ciclo de Krebs
O ciclo de Krebs, tambm conhecido pelos norte-americanos como ciclo do cido ctrico, ou ciclo dos
cidos trcarboxlicos, uma sequncia de reaces que ocorrem nas mitocndrias, permitindo a
oxidao da acetil-CoA e a reduo de molculas transportadoras, que sero de novo reoxidadas,
aquando da cadeia transportadora de electres. Esta a ltima via comum oxidao de glicdeos,
lipdeos e protenas, porque tanto a glicose, como os cidos gordos e grande parte dos aminocidos so
metabolizados a acetil-CoA, ou a qualquer intermedirio do ciclo. As enzimas necessrias para que este
processo ocorra, encontram-se na matriz mitocondrial.
Reaces do ciclo de Krebs
O ciclo de Krebs inicia-se aquando da reaco entre o oxalacetato, um composto com quatro carbonos e
o grupo funcional do acetilo, da acetil-CoA. Esta reaco inicial catalisada pela sntase do citrato, que
leva formao de citril-CoA, cuja ligao tioster hidrolisada, originando-se citrato e libertando-se
CoASH. Esta reaco exotrmica. O oxalacetato desempenha um papel cataltico, visto que uma
pequena quantidade deste composto suficiente para metabolizar oxidar uma grande quantidade de
acetil-CoA. O citrato ento isomerado para isocitrato, atravs da enzima aconitase (uma isomerase). A
aco da enzima aconitase inibida pela presena de fluorocitrato, um composto formado por aco do
fluoroacetato, um veneno que forma este composto, a partir de oxaloacetato.
O isocitrato sofre ento uma desidrogenao catalisada pela desidrognase do isocitrato. Isto forma
inicialmente oxalosuccinato, que sofre uma descarboxilao, originando -cetoglutarato, um processo
que requer a presena de Mg2+, ou Mn2+. Por consequncia da desidrogenao do isocitrato, verifica-se
uma reduo do transportador NAD+, que origina NADH.
O -cetoglutarato sofre ento descarboxilao, por aco do complexo da desidrognase do -
cetoglutarato, analogamente ao que ocorre aquando da descarboxilao do oxidativa do piruvato. So
necessrios vrios cofactores para este complexo, nomeadamente CoA e NAD+ (que ser reduzido a
NADH), resultando a reaco na formao de succinil-CoA. De referir que esta reaco pode ser
considerada fisiologicamente irreversvel, dado que todas as condies favorecem sempre a formao
de succinil-CoA. O arsenito funciona como um inibidor desta reaco, tal como acontecia com a de
oxidao do piruvato. Isto leva, obivamente, acumulao de -ceoglutarato.
A succinil-CoA ento convertida em succinato pela tiocinase do succinato, tambm designada por
sinttase da succinil Co-A, que ocorre com a sntese de GTP (guanosina tri-fosfato) a partir de GDP + Pi
e com a libertao de CoA. O fosfato do GTP ento transferido para o ADP, originando-se ATP, por
aco da cnase dos nucleotdeos difosfato.
O succinato origina fumarato, ao sofrer oxidao. Esta reaco catalisada pela enzima desidrognase
do succinato e tem por consequncia a reduo do transportador FAD, levando formao de FADH2. A
desidrognase do succinato est ligada membrana interna da mitocndria, integrando o complexo II
da cadeia transportadora de electres. A presena de um grupo Fe-S nesta enzima vital para que esta
possa transferir os electres para a ubiquinona, reduzindo-a.
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A enzima fumarase catalisa, posteriormente, a converso do fumarato em malato, algo que feito
atravs da adio de uma molcula de gua dupla ligao do fumarato. O malato convertido em
oxalacetato pela desidrognase do malato, que mais uma vez, leva formao de NADH, a partir de
NAD+. O equilbrio desta reaco favorece a formao de malato, porm, o oxalacetato est
constantemente a ser removido (nomeadamente para a formao de citrato) e, como tal, verifica-se que
a reaco evolui, de facto, no sentido da formao de oxalacetato.
Importncia das vitaminas no ciclo de Krebs
Quatro vitaminas da classe das vitaminas B desempenham um papel vital no ciclo de Krebs. A
riboflavina, na forma de FAD (dinucleotdeo de flavina e adenina) um co-factor para a desidrognase
do succinato. A niacina (sob a forma de NAD - dinucleotdeo de nicotinamida e adenina) um
importante aceitador de electres, como passvel de ser constatado. A tiamina (vitamina B1), enquanto
tiamina difosfato uma coenzima envolvida na descarboxilao da reaco em que intervm a
desidrognase do -cetoglutarato. Por fim, o cido pantotnico parte da CoA.
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Regulao do Ciclo de Krebs
A actividade do ciclo de Krebs regulada pela cadeia transportadora de electres e pela fosforilao,
designando-se essa regulao por controlo respiratrio. Por outro lado, a actividade ao nvel do ciclo
de Krebs influenciada pela disponibilidade de NAD+ que, por sua vez, depende da disponibilidade de
ADP (devido ntima acoplao entre os processos de oxidao e fosforilao) e que, em ltima
instncia, depende do ritmo de consumo de ATP. Desse modo, nos msculos, quando realizamos
exerccio fsico e aumentamos a despesa energtica (e por consequncia, a velocidade de hidrlise de
ATP), aumentamos a velocidade das reaces catalisadas por enzimas do ciclo de Krebs.
Por outro lado, a actividade das enzimas que participam no ciclo de Krebs tambm regulada. As
desidrognases do isocitrato e do -ceto-glutarato so activadas pela presena do io Ca2+, cuja
concentrao aumenta, aquando de uma maior contraco muscular, o que significa que, aquando de
um maior esforo fsico, maior a actividade dessas enzimas.
O complexo da desidrognase do -cetoglutarato regulado da mesma maneira que a desidrognase
do piruvato. A desidrognase do succinato inibida pelo oxalacetato, cuja disponibilidade, ao ser
controlada pela desidrognase do malato, depende do rcio [NADH]/[NAD+].
Balano do Ciclo de Krebs
Como ocorrem dois ciclos de Krebs, por molcula de glicose, o saldo de ATP produzido no ciclo de Krebs
vai ser de 2 molculas produzidas (uma por cada ciclo). Multiplicando por dois, o saldo de
transportadores reduzidos formados, constatamos que, ao nvel dos ciclos de Krebs obtemos no total 6
NADH e 2 FADH2, algo que ter depois influncia ao nvel da produo de ATP em termos de fosforilao
oxidativa.
Importncia do Ciclo de Krebs na sntese de aminocidos e de cidos gordos
O ciclo de Krebs no s importante em termos de metabolismo dos glicdeos. Esta via extremamente
importante em processos de transaminao e desaminao de aminocidos, bem como na sntese de
cidos gordos, sendo um processo anfiblico, pelo facto de participar em processos de oxidao de
sntese. Os processos nos quais um intermedirio do ciclo de Krebs convertido num composto que no
o denominam-se cataplerticos, enquanto os processos inversos (em que um composto que no
intermedirio do ciclo de Krebs origina um que o ) designam-se por anaplerticos. Todas as substncias
que so substratos em processos anaplerticos so simultaneamente substratos da gliconeognese
(processo de sntese de glicose ou glicognio a partir de precursores no glicdicos).
As reaces de transaminase (transferncia de grupos amina de aminocidos) permitem a formao de
piruvato a partir de alanina, oxaloacetato a partir de aspartato e -cetoglutarato a partir de glutamato.
Dado estas reaces serem reversveis, o ciclo de Krebs serve como fonte de esqueletos de carbono
para a sntese de estes aminocidos.
Em termos de sntese de cidos gordos, podemos referir que a acetil-CoA, formada a partir do piruvato
por aco da desidrognase do piruvato, o principal substrato para a sntese de cadeias longas de
cidos gordos. Como a sntese de acetil-CoA ocorre no citosol e a membrana mitocondrial
impermevel acetil-CoA, ocorre a exportao de citrato para o citosol, que depois origina acetil-CoA
por aco da enzima liase do ATP-citrato. De referir que o citrato apenas se encontra disponvel para ser
transportado para fora da mitocndria, quando a enzima aconitase j se encontra saturada com
substrato, algo que assegura que o citrato apenas utilizado para a sntese de cidos gordos, quando
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existe excesso deste composto. Apesar disso, os cidos gordos de cadeia par no conseguem originar
glicose, pois a sua -oxidao origina apenas acetil-CoA que no um substrato da gliconeognese.
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Fosforilao oxidativa
A fosforilao oxidativa permite a sntese de uma quantidade elevada de molculas de ATP, a partir de
ADP + Pi, sendo por isso um processo aerbio vital. Na verdade, patologias associadas a defeitos nas
mitocndrias, que interfiram com a fosforilao oxidativa esto descritas e so extremamente graves,
de entre estas so de referir as miopatias e encefalopatias, geralmente associadas a acidoses lcticas.
Mitocndria
A fosforilao oxidativa, tal como o ciclo de Krebs, ocorre na
mitocndria. Este organelo celular apresenta uma matriz e duas
membranas uma externa, permevel maioria dos metabolitos,
devido presena da protena porina e onde esto presentes vrias
enzimas, e uma interna, selectivamente permevel e onde esto
contidas as enzimas da cadeia respiratria, a sntase do ATP e vrios
transportadores membranares que, precisamente, lhe conferem essa
selectividade.
Passagem dos transportadores para a membrana interna da mitocndria
Os sistemas de difuso na membrana interna da mitocndria envolvem protenas transportadoras, que
atravessam essa membrana, trocando anies por ies HO- e caties por ies H+. A membrana
mitocondrial interna apenas livremente permevel a pequenas molculas sem carga, tais como a gua,
o oxignio, o dixido de carbono, o amonaco e cidos monocarboxlicos, como o cido actico. O
fosfato inorgnico entra na membrana interna, como o io H2PO4-, em troca de OH-, por um simporter.
O transportador do nucleotdeo de adenina um antiporter e permite, por sua vez, trocar ATP por ADP,
mas no por AMP. Isto vital para permitir a sada de ATP das mitocndrias para locais onde este
necessrio, permitindo simultaneamente a entrada de ADP, para a produo de ATP nas mitocndrias.
Como por cada quatro cargas negativas removidas da matriz, so trs repostas, o gradiente
electroqumico na membrana favorece a exportao de ATP.
O NADH no consegue penetrar na membrana mitocondrial. Contudo, em condies aerbias, o NADH
mitocondrial no se acumula e oxidado pela cadeia respiratria na mitocndria. A transferncia requer
a mediao por parte de lanadeiras, ou shuttles, de entre as quais referimos a lanadeira do glicerol-3-
P e a lanadeira do malato, que tem mais expresso no fgado, rim e corao e envolve a reduo do
oxalacetato a malato pelo NADH, o transporte do malato (por um antiporte o transportador do
cetoglutarato) para a matriz da mitocndria e a re-oxidao do malato (a oxalacetato) pelo NAD+ da
matriz. Desta maneira os equivalentes redutores do NADH formado no citoplasma so transferidos (via
malato) para a matriz e o NADH formado na matriz pode ser oxidado por aco cataltica dos complexos
I, III e IV. Esta shuttle est dependente da converso de glutamato a aspartato para que possa ocorrer
converso do oxalacetato em -cetoglutarato, na mitocndria, sendo este ltimo posteriormente
exportado para o citosol, onde convertido de novo em oxalacetato.
A lanadeira do glicerol-3-P, mais importante no crebro e tecido muscular, implica a reduo pelo
NADH da dihidroxiacetona-P do citoplasma e consequente formao de glicerol-3-P; a enzima que
catalisa esta reaco uma desidrognase do glicerol-3-P presente no citoplasma. O glicerol-3-P
formado transfere os electres para a coenzima Q atravs da aco cataltica doutra desidrognase do
glicerol-3-P presente na face externa da membrana interna da mitocndria. As desidrognases do
glicerol-3-P do citoplasma (dependente do NADH) e a da face externa da membrana interna da
mitocndria (que tem como grupo prosttico o FAD) so isoenzimas.
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A lanadeira da creatina fosfato permite o transporte de
ATP da membrana interna da mitocndria para o citosol,
envolvendo a enzima cinase da creatina, que transfere
um fosfato do ATP para a creatina, originando-se creatina
fosfato, que passa para o citosol, A, o fosfato da creatina
fosfato de novo transferido para o ADP, sendo originado
ATP.
Reaces de oxirreduo ao nvel da
mitocndria
Os electres so transmitidos na cadeia respiratria
atravs de um potencial redox de diferena de potencial
1,13 V, do NAD+/NADH para o par O2/H2O. O O2 um
potente oxidante e tem um valor positivo e elevado do
potencial redox padro do par O2/H2O, E = +0,815,
tendo, por isso, tendncia para aceitar electres de outros
compostos. J o par NAD+/NADH apresenta um baixo
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potencial redox padro, E = -0,315, o que significa que o NADH tem uma grande tendncia a ceder
electres oxidando-se a NAD+. medida que nos vamos aproximando do O2/H2O nesta sequncia de
reaces, vamos tendo valores de potenciais redox cada vez maiores. Contudo, esta transferncia no
imediata. Os electres passam inicialmente do NADH para a ubiquinona, por aco da oxirredtase do
NADH-Q (ou complexo I). Depois, passam da ubiquinona (tambm denominada por coenzima Q) para a
o citocromo c, por aco da oxirredtase do Q-citocromo c (tambm designada por complexo III) e,
finalmente, por aco da oxidase do citocromo c (complexo IV), os electres so finalmente
transportados para o O2. Por vezes, alguns substratos com potenciais redox mais positivos que o
NAD+/NADH, como por exemplo, o succinato, transmitem electres para a ubiquinona, atravs de um
quarto complexo a redtase do succinato-Q/ desidrognase do succinato (complexo II). A transmisso
de electres pelos complexos I, III e IV, resulta no bombear de protes de matriz existente na membrana
interna mitocondrial, para o espao intermembranal.
As flavoprotenas, entendidas como protenas que contm um cido nucleico derivado da riboflavina,
incluindo-se nessa categoria o FAD e o FMN (mononuleotdeo de flavina), so importantes componentes
dos complexos I e II. A sua forma oxidada pode aceitar dois electres e formar FADH2 ou FMNH2, ou,
simplesmente, aceitar um e formar semiquinona. Protenas de ferro-enxofre (Fe-S) tambm so
encontradas nos complexos I, II e III, podendo conter um, dois ou quatro tomos de ferro, ligados a
tomos de enxofre inorgnico. As protenas Fe-S participam nas reaces de transferncia de um
electro, em que um tomo de Ferro sofre oxirreduo, passando de Fe2+ (io ferroso, com grande
afinidade para o oxignio) a Fe3+ (io frrico, com grande afinidade para o citocromo).
A oxirredutase NADH-Q (complexo I) uma protena em forma de L, com vrias subunidades, que
catalisa a transferncia de electres do NADH para a ubiquinona (Q), acoplada com a transferncia de
quatro H+ pela membrana, segundo a equao:
Na verdade, os electres so transferidos inicialmente do NADH para o FMN, depois para uma srie de
centros Fe-S e, finalmente para a ubiquinona. Na desidrognase do succinato (complexo II, nica enzima
do ciclo de Krebs que no se encontram na matriz mitocondrial, mas na membrana interna), formado
FADH2, durante a converso do succinato a fumarato no ciclo do cido ctrico e os electres so
transmitidos at ubiquinona, aps passarem por vrios centros Fe-S, nos quais o ferro no est sob a
forma heme.
Os electres so ento transmitidos do QH2 para o citocromo c, atravs do complexo III (oxirredtase do
Q-citocromo c), reaco que pode ser traduzida pela seguinte equao:
Este processo envolve no s o citocromo c1, mas tambm, o citocromo bL e um grupo no usual de Fe-
S, sendo este processo designado por ciclo da ubiquinona (ciclo-Q).
O citocromo c reduzido oxidado pelo complexo IV (oxidase do citocromo c), sendo por isso formada
gua, por consequncia da reduo do oxignio, segundo a equao (podendo a quantidade das
espcies qumicas envolvidas nesta reaco ser divididas por dois, libertando-se de facto dois protes
para o espao intermembranar, por molcula de gua):
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A transferncia de quatro electres do citocromo c para o oxignio envolve dois grupos heme, a e a3 e
dois grupos Cu. Os electres so transferidos inicialmente para um centro Cu (CuA), que contm dois
tomos de cobre ligados a dois grupos cistena. Os electres so ento transferidos para o heme a,
heme a3, centro CuB (segundo centro Cu) e, finalmente, para o O2. Dos oito protes removidos da
matriz, quatro so utilizados para formar duas molculas de gua e quatro so bombeados para o
espao intermembranal. O oxignio mantm-se ligado ao complexo IV at se encontrar totalmente
reduzido. Desse modo, minimizada a libertao de compostos como os anies superxido ou perxido,
que so nocivos para as clulas.
Os Complexos I, III e IV como bombas de protes sntese de ATP
A passagem de electres atravs da cadeia respiratria gera ATP atravs da fosforilao oxidativa. Os
complexos I, III e IV actuam como bombas de protes (pois fazem a acoplagem de processos
exergnicos os processos de oxidao com processo endergnicos - o transporte de protes da matriz
da mitocndria para o espao inter-membranar, contra o gradiente electroqumico, pois o espao inter-
membranar um meio mais electricamente positivo e mais cido) que se vo acumular no espao
intermembranar, pois a membrana mitocondrial interna impermevel a ies em geral e a protes em
particular. Isto cria um motivo de fora de protes que conduz a sintase de ATP a formar ATP, a partir
de ADP + Pi (o processo endergnico a sntese de ATP e o processo exergnico que lhe est acoplado
a passagem de protes do espao intermembranal para a matriz mitocondrial). Esta protena est
presente na membrana interna da mitocndria, juntamente com os complexos da cadeia respiratria.
Esta enzima constituda por dois complexos F1, com diversas subunidades arranjadas em forma de
esfera e F0, que tambm consiste em vrias subunidades e forma um canal de protes. Estes, ao
deslocarem-se por F0, levam rotao deste composto, originando a sntese de ATP, no complexo F1,
por um mecanismo de binding change, onde a conformao das subunidades de F1 mudada,
permitindo que, aps se formar um ATP, haja ligao ao ADP + Pi.
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Balano da sntese de ATP e sua regulao ao nvel da fosforilao oxidativa
Por cada mol de substrato oxidado pela sequncia de complexos I, III e IV na cadeia respiratria (atravs
do NADH), 2.5 mol de ATP so formados per mol de O2 consumido, ou seja, o rcio P.O. igual a 2,5. Por
outro lado, quando um mol de substrato oxidado pela sequncia de complexos II, III e IV (ou seja, no
oxidado inicialmente pelo complexo I), o rcio P.O. de simplesmente 1,5, o que significa que existe
uma menor produo de ATP, per mol de O2. Estes valores apresentados so valores mximos, sendo os
valores de facto mais baixos. Estas reaces so entendidas como fosforilao oxidativa ao nvel da
cadeia respiratria.
Admitindo que, de facto, os valores para o rcio P:O so os apresentados inicialmente e que a
lanadeira do glicerol-3-P que funciona predominantemente, a oxidao completa de uma molcula de
glicose geraria 30 ligaes de ATP. Caso seja a lanadeira do malato, o composto predominante,
teramos a gnese, em condies ideais de 32 molculas de ATP, a partir de ADP + Pi.
A taxa de respirao aerbia ao nvel das mitocndrias pode ser controlada pela disponibilidade de ADP,
dada a oxidao e a fosforilao estarem intrinsecamente acopladas (a oxidao no consegue
prosseguir, sem que haja concomitantemente fosforilao do ADP). Dessa forma, medida que o ATP
convertido em ADP, ocorre mais respirao, de forma a repor a concentrao de ATP, que se mantm
estacionria (O aumento da concentrao de ADP e Pi estimularia a velocidade de troca ADP/ATP na
membrana da mitocndria e a entrada de Pi que estimularia a velocidade de sntese de ATP e de
entrada de protes para a matriz, o que estimularia a velocidade de consumo de O2 e a velocidade de
sada dos protes para o citoplasma). Por vezes, a concentrao de fosfato inorgnico tambm pode
afectar a taxa do funcionamento da cadeia respiratria. A energia restante que no capturada
libertada sob a forma de calor, o que contribui para a manuteno da temperatura corporal e para se
assegurar que o sistema respiratrio seja suficientemente exergnico para ser removido da situao de
equilbrio. Um outro factor envolvido na regulao da actividade da cadeia respiratria poder ser o io
Ca2+ cuja concentrao aumenta dentro da mitocndria quando as clulas so estimuladas (por
exemplo, estimulao do msculo pelo nervo motor). o aumento da concentrao de Ca2+ que induz o
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msculo a contrair-se e a hidrolisar ATP mas o Ca2+ tambm activa os complexos I e IV e a sntase do
ATP, promovendo paralelamente a sntese de ATP.
Inibidores e desacopladores da fosforilao oxidativa
Existem vrios inbidores da fosforilao oxidativa, que actuam ao nvel da inibio da actividade dos
complexos, da transferncia de electres e da sntase do ATP. Os desacopladores, como o seu nome
indica, desacoplam os processos de oxirreduo e sntese de ATP, criando um fosso entre estes dois
processos, o que impede que ocorra sntese de ATP, apesar de ocorrerem os restantes processos. A
exposio a desacopladores leva a aumentos de temperatura corporal (e por vezes febre), pelo aumento
da velocidade de oxidao dos nutrientes, e morte, devido falta de ATP que da advm. Associada
actividade dos desacopladores, temos a passagem de protes para entro das mitocndrias (leak). Pois
caso contrrio, os protes no conseguiriam passar para a matriz mitocondrial, a no ser pela sntase de
ATP.
A tabela seguinte sintetiza os principais inibidores e desacopladores existentes, bem como o modo de
actuao.
Inibidor/desacoplador Forma de actuao Notas
Rotenona Impede a transferncia de electres do complexo I
para o complexo III Pesticida biolgico
Amobarbitol Impede a transferncia de electres do complexo I
para o complexo III
BAL Inibidor do complexo III Gs utilizado na II Guerra Mundial
Cianeto Inibidor do complexo IV
Monxido de carbono Inibidor do complexo IV
Oligoamicina Inibidora da sntase de ATP
Ionferos Desacopladores Aumentam a permeabilidade da
membrana aos protes
Termogenina (UCP1) Desacoplador Expressa naturalmente
no tecido adiposo castanho
2,4 - dinitrofenol Desacoplador Muito utilizado em
laboratrio
Atractilosdeo Impede o antiporter ADP/ATP
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Gliconeognese
A gliconeognese corresponde ao processo de sintetizar glicose ou glicognio a partir de precursores
no-glicdicos. Os substratos mais representativos para esse efeito so os aminocidos (com excepo
da lisina e da leucina), o lactato, o glicerol e o propionato. Os tecidos onde a gliconeognese tem mais
expresso so o fgado e o rim (em menor extenso), embora este processo tambm possa ocorrer no
intestino delgado, ao nvel dos entercitos.
O processo de gliconeognese suprime assim as necessidades de glicose, aquando da falta de glicdeos
disponveis. Isto, porque a glicose vital, nomeadamente, para os eritrcitos e para o sistema nervoso
(e da a hipoglicemia causar disfuno cerebral, que pode levar ao coma e morte). A gliconeognese
permite tambm eliminar o lactato produzido pelos msculos e eritrcitos e o glicerol produzido no
tecido adiposo. A gliconeognese, apesar de vital, um processo feito conta de gastos energticos,
sendo que para convertermos piruvato em glicose so quebradas seis ligaes ricas em energia, para
que este processo possa ocorrer, por molcula de glicose. Quatro dessas ligaes provm da hidrlise
do ATP e as restantes duas da do GTP. A maior parte da energia gasta utilizada para assegurar que este
processo irreversvel.
Reaces e enzimas da gliconeognese
As reaces de transaminao ou desaminao convertem os
aminocidos glicognicos em compostos intermdios do ciclo de
Krebs ou em piruvato (como demonstra a tabela do lado). Estas so
catalisadas pelas transamnases. No caso da alanina, por exemplo,
a transaminase envolvida a transamnase da alanina, que a converte em piruvato.
Depois, todo o processo de gliclise ocorre ao contrrio. Contudo, as reaces catalisadas pelas
enzimas hexocinase, fosfofructocinase e cinase do piruvato so irreversveis, impedindo que se reverta
totalmente a gliclise, com o fim de produzir glicose.
Dessa forma, reverter a reaco
catalisada pela cnase do pirivato
envolve duas reaces
endotrmicas. A carboxilase do
piruvato, uma enzima mitocondrial,
catalisa a carboxilao do piruvato,
formando-se oxalacetato, numa
reaco feita com consumo de ATP e
em que a biotina a coenzima (pois
liga-se ao dixido de carbono, antes
da ligao deste gs ao piruvato).
Uma segunda enzima, a
carboxicinase do fosfoenolpiruvato
catalisa a descarboxilao e a
fosforilao do oxalacetato a
fosfoenolpiruvato, utilizando para
isso o GTP como dador de fosfato
(esta molcula sintetizada ao nvel
do ciclo de Krebs).
Aminocido -cetocido
Alanina Piruvato
Glutamato -cetoglutarato
Aspartato Oxaloacetato
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A converso do 1,3-bifosfoglicerato em gliceraldedo-3-fosfato catalisada pela mesma enzima da
gliclise, j que a reaco reversvel. Contudo, o NADH necessrio para a reduo do primeiro
composto fornecido pela desidrognase do malato.
J a passagem da frutose 1,6-difosfato em frutose 6-fosfato catalisada pela frutose 1,6-difosfatase,
sendo que a sua presena determina se um tecido capaz de sintetizar glicose (ou glicognio) no
apenas do piruvato, mas tambm de trioses fosfato. Como tal, est presente no fgado, rim e no
msculo esqueltico.
A converso da glicose 6-fosfato em glicose catalisada pela glicose 6-fosftase, enzima presente no
fgado e no rim. Por ltimo, a sntese de glicognio a partir da glicose 1-fosfato envolve a sntase do
glicognio e recorre ao UDP.
A liplise de triglicerdeos pode dar origem a glicose o glicerol produzido um substrato da
gliconeognese no fgado. O glicerol convertido em glicerol-3-fosfato pela cnase do glicerol, algo que
ocorre com hidrlise de ATP, sendo o glicerol-3-fosfato transformado em dihidroxiacetona-fosfato (por
aco da desidrognese citoplasmtica do glicerol-3-fosfato), que depois origina glicose, atravs das
etapas j mencionadas.
J os cidos gordos no tm expresso no ser humano, como substrato gliconeognico. A -oxidao de
cadeias de cidos gordos, de nmero de carbonos mpares, existentes nos lpidos de ruminantes, origina
propionato (que por sua vez convertido em succinil-CoA, atravs da enzima metilmalonil-CoA
mutase), tem, importncia em termos de gliconeognese, ao nvel, unicamente, dos ruminantes. Por
outro lado, os cidos gordos com nmero par de carbonos so metabolizados, gerando energia sob a
forma de ATP (a sua -oxidao origina acetil-CoA que no consegue ser convertida em glicose).
Ciclo de Cori e ciclo da glicose-alanina
O lactato produzido aquando de exerccio fsico intenso no msculo esqueltico, ou nos eritrcitos
exportado para o fgado, onde convertido em glicose, voltando ao msculo, sendo depois convertido
em glicognio, num ciclo designado por ciclo de Cori ou ciclo do cido lctico. De referir que a
converso do piruvato em oxalacetato ocorre na matriz mitocondrial, por onde entra por
transportadores de cidos monocarboxlicos. O fosfoenolpiruvato produzido abandona a matriz,
ocorrendo as restantes reaces no citosol.
O ciclo da glicose-alanina tambm uma interaco registada entre os msculos e o fgado. Quando
existe falta de glicose, o piruvato formado durante a gliclise transaminado, originando alanina, que
exportada para o fgado. A, por transaminao gera de novo piruvato, que utilizado para a sntese de
glicose, que exportada para o msculo. O grupo amina libertado utilizado no fgado para a formao
de ureia. De resto, o azoto libertado nas reaces, em geral, excretado sob a forma de amnia no rim
e de aminocidos nas restantes clulas. Isto porque, caso contrrio produzir-se-ia nessas clulas amnia
que txica para estas. Como a glutamina transporta dois tomos de azoto por molculas, este
aminocido tido como um bom transportador de azoto e da as suas elevadas concentraes.
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Regulao da gliconeognese
A gliconeognese e a gliclise so reciprocamente reguladas e o aumento da concentrao de glicose
leva a uma menor taxa de gliconeognse e vice-versa.
As variaes da disponibilidade dos substratos so responsveis pela maior parte das mudanas no
metabolismo, quer directa, quer indirectamente. Existem trs mecanismos responsveis pela regulao
da actividade das
enzimas relacionadas
com o metabolismo dos
glicdeos o primeiro
prende-se com
mudanas na taxa de
sntese de enzimas, o
segundo com a
modificao covalente
destas, por fosforilao
reversvel e o terceiro
com efeitos alostricos.
Mudanas na taxa de
sntese de enzimas so
lentas e envolvem a
presena de inductores,
repressores, activadores
e inibidores. A tabela do
lado sintetiza as enzimas
regulatrias e
adaptativas associadas
ao metabolismo de glcidos.
A modificao covalente das enzimas por fosforilao reversvel um processo rpido, que da
responsabilidade da glucagina e da adrenalina. Estas hormonas respondem a diminuies da glicose no
sangue, inibindo a gliclise e estimulando a gliconeognese. Essa estimulao provocada por um
aumento da concentrao de cAMP (adenosina monofosfato cclica), o que, por sua vez, leva activao
de uma cnase dependente de cAMP e fosforilao e inactivao da cnase do piruvato. Esta
modificao covalente essencial ao nvel da regulao pela frutose 2,6-difsfato.
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O activador alostrico
da fosfofructocinase-1
mais potente a
frutose 2,6-difosfato,
que funciona
simultaneamente
como inibidor da
frutose 1,6-
difosfatase. Este
regulador inibe a
frutose 1,6-difosfatase
ao aumentar o seu Km
e activa a
fosfofructocinase-1,
ao aumentar a sua
afinidade para a
frutose 6-fosfato e
diminui a inibio exercida pelo ATP nesta enzima. A frutose 2,6-difosfato formada pela fosforilao da
frutose 6-fosfato pela fosfofrutocinase-2, tambm responsvel pela sua desfosforilao, pois tem
actividade de difosfatase. Esta enzima est sob controlo alostrico da frutose 6-fosfato, que activa a
cnase e inibe a fosftase.
Por ltimo, a modificao alostrica instantnea. A acetil-CoA um activador alostrico, que converte
a sntese de oxaloacetato a partir de piruvato e a fosfofrutocnase-1 inibida pelo citrato e por
concentraes normais de ATP, sendo activada pelo 5 AMP.
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Metabolismo da galactose, frutose, cido glicurnico e aminoacares
Conceito de UDP e UTP
A UDP e a UTP so dois ribonucleotdeos, sendo a UDP, difosfato de uridina, um ster de cido
pirofosfrico e a UTP, trifosfato de uridina. Estas molculas vo ter um papel muito importante no
metabolismo do cido glicurnico, nomeadamente como substratos dadores deste composto, e no
metabolismo dos aminoacares.
Metabolismo da galactose
A galactose pode ser produzida pelo
organismo ou obtida atravs da
ingesto de leite e seus derivados,
visto ser um monossacardeo
constituinte da lactose.
Quando ingerimos lactose, a galactose
obtida metabolizada sobretudo no
fgado, sendo frequentemente
convertida em glicose. A enzima
galactocinase (ou cnase da galactose)
catalisa a fosforilao da galactose,
utilizando o ATP como um dador de
fosfato. A galactose 1-fosfato formada
reage ento com a uridina difosfato
glicose (UDPGlc) para formar uridina
difosfato galactose (UDPGal) e glicose
1-fosfato, numa reaco catalisada pela uridil-transferase da galactose 1-fosfato (que vai ento
catalisar a transferncia de um resduo de uridilato, UMP, entre a UDP-glicose e a galactose-1-P). J a
converso da UDPGal para UDPGlc catalisada pela UDPGal 4-epimerase. Esta reaco envolve a
oxidao e a reduo no carbono 4, com o NAD+ como coenzima. A UDPGlc depois incorporada no
glicognio.
A glicose-1-fosfato pode ser convertida em glicose-6-fosfato por aco da fosfoglicomutase e por isso os
nveis de glicemia aumentam, aquando da ingesto de galactose.
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Muitos indivduos tm intolerncia lactose, contudo, a obteno de galactose pode ser levada a cabo
pela converso da glicose em galactose. As reaces referidas so reversveis e a produo de galactose
tem interesse, no sentido em que a galactose necessria como constituinte de glicolpidos
(cerebrosdeos), proteoglicanos e glicoprotenas. A galactose ainda requerida na sntese de lactose,
que constitui o leite materno, algo que ocorre na glndula mamria, por aco da sntase da lactose.
Este o nome dado ao complexo galactosil-transferaselactalbumina, gerado pela ligao da
lactalbumina (protena que s comea a ser sintetizada aps o parto) galactosil-transferase.
Metabolismo da frutose
A frutose cada vez mais ingerida nos pases ocidentais, por consequncia da elevada quantidade de
alimentos ricos em sacarose ingeridos e do uso de xaropes ricos em frutose em comida processada e em
refrigerantes. Grandes quantidades de frutose entram ento na veia porta, que vasculariza o fgado,
com consequncias dramticas em termos de sade. De referir que a frutose, contrariamente
galactose no produzida nos seres humanos, salvo durante a produo de esperma, que muito rico
nesta hexose.
A frutose sofre gliclise no fgado mais rapidamente que a glicose, visto que uma das etapas saltada
o passo regulador catalisado pela fosfofrutocinase. Isto leva a que a frutose seja utilizada em muitas vias
metablicas no fgado ( neste rgo que temos uma maior quantidade de enzimas que metabolizam a
frutose), levando a uma maior sntese de cidos gordos e maior esterificao destes, bem como uma
maior secreo de lipoprotenas de muito baixa densidade, o que traz como consequncias um aumento
das concentraes de colesterol LDL (entendido como o mau colesterol) e os nveis de triglicerdeos.
O processo de metabolizao da frutose inicia-se com a sua converso a frutose 1-fosfato, por aco da
enzima frutocnase, presente no fgado, rim e intestino (nos entercitos). Esta enzima no actua na
glicose, nem a sua actividade afectada pela insulina. De seguida a aldolase B, uma enzima existente no
fgado, catalisa a clivagem da frutose em D-gliceraldedo e dihidroxiacetona fosfato. No fgado, a
aldolase B tambm catalisa a clivagem
da frutose 1,6-difosfato, na via de
metabolismo da glicose.
O D-gliceraldedo fosforilado e origina
gliceraldedo 3-fosfato, por aco da
triocinase. As duas trioses formadas,
gliceraldedo 3-fosfato e
dihidroxiacetona fosfato, so
interconvertveis e podem ser
degradadas na gliclise, ou podem se
tornar substratos da aldolase, entrando
no processo de gliconeognese.
Em tecidos extrahepticos, a hexocinase catalisa a fosforilao da maior parte das hexoses, incluindo a
frutose. Contudo, a glicose inibe a fosforilao de frutose, visto ser um melhor substrato para a
hexocinase (processo de inibio competitiva). Apesar de tudo, alguma frutose pode ser metabolizada
no tecido adiposo e no msculo. A frutose igualmente encontrada no plasma seminal.
De referir que aps a ingesto da frutose, temos um aumento da concentrao deste monossacardeo
no plasma sanguneo, de forma acentuada (podendo chegar aos 0,5 mM). Todavia, devido aos processos
de metabolizao da frutose j referidos, a sua concentrao desce rapidamente para valores que so
mais de 100 vezes inferiores aos da glicemia.
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A sntese de frutose ocorre ento unicamente, nos seres humanos, aquando da produo de smen.
Este processo inicia-se com a reduo de glicose a sorbitol por aco da redtase das aldolases e que
ocorre concomitantemente oxidao do NADPH. O sorbitol depois oxidado por aco da
desidrognase do sorbitol, formando-se frutose, ao mesmo tempo que o NAD+ reduzido,
convertendo-se em NADH.
Este monossacardeo,
produzido nas vesculas
seminais, confere uma
vantagem evolutiva aos
espermatozides, visto que
as bactrias e os fungos no
metabolizam a frutose.
Metabolismo do cido glicurnico
A via do cido urnico,
que ocorre no fgado,
catalisa a converso de
glicose em cido
glicurnico e em
pentoses. Este um
processo de oxidao
alternativo para a glicose
mas que, contudo, no
leva produo de ATP.
A glicose 6-fosfato
ento isomerada pela
fosfoglicomutase em
glicose 1-fosfato, que
reage com o trifosfato de uridina (UTP), formando uridina difosfato glicose (UDPGlc), numa reaco
catalisada pela UDPGlc piorfosforilase, algo que tambm ocorre na sntese de glicognio. A UDPGlc
oxidada por uma enzima dependente de NAD, a desidrognase do UDPGlc, no seu carbono 6. Esta
reaco, de dois passos, culmina com a formao de UDP-glicurnico.
O UDP-glicurnico a fonte de cido glicornico atravs de reaces que envolvem a sua incorporao
em proteoglicanos ou de reaces com substratos, tais como hormonas esterides, bilirrubina (antes da
sua excreo pela blis) e uma srie de medicamentos excretados na urina ou na blis, como conjugados
de glicuronido. As enzimas envolvidas nestas reaces so transferases, formando-se, ento, UDP e um
resduo cido glicurnico conjugado, como o demonstra a seguinte equao:
Prosseguindo a via do cido urnico, o glicuronato depois convertido em L-gulonato, ocorrendo
simultaneamente a oxidao do NADPH + H+ para NADP+. O L-gulonato ento convertido em 3-ceto-L-
gulonato, algo que ocorre concomitantemente reduo do NAD+ para NADH + H+. O 3-ceto-L-gulonato
convertido em L-xilulose, ao sofrer uma descarboxilao e a L-xilulose, ao ser reduzida (e oxidando o
NADPH + H+ para NADP+), origina xilitol. O xilitol ento reconvertido em xilulose, mas desta vez em D-
xilulose, algo feito atravs da reduo do NAD+. Por fim, a D-xilulose pode ser metabolizada na via das
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pentoses fosfato, ou ento originar oxalato, que em excesso pode formar oxalato de clcio, um
precipitado encontrado na urina.
Nas plantas e em alguns animais, como o gato, possvel a sntese de cido ascrbico (vitamina C) a
partir de L-gulonato. Contudo, isto no acontece nos seres humanos, onde o ascorbato tem de ser
obtido atravs da alimentao e da esta substncia ser considerada uma vitamina na espcie humana.
Metabolismo de aminoacares
Os aminoacares so componentes importantes de glicoprotenas e de glicosaminoglicanos (polmeros
lineares onde se repete um dissacardeo e que existem sobretudo no espao extracelular). Os
aminoacares (ou hexosaminas) mais importantes so a glicosamina, a galactosamina e a manosamina.
O cido silico tambm um importante composto deste grupo, tendo nove carbonos. Este cido tem
como funo a sinalizao de protenas, para a sua glicao. O cido silico mais importante no corpo
humano o cido N-acetilneuramnico (NeuAc).
As hexosaminas formam-se a partir da frutose-6- fosfato que, por aco de uma transferase, aceita um
grupo amina da glutamina, gerando glicosamina-6-fosfato. Ocorre depois isomerizao a glicosamina-1-
fosfato e aceitao de um resduo uridilato do UTP, sendo formada UDP-glicosamina, que pode ser
depois convertida em UDP-galactosamina.
A sntese da UDP-N-acetil-galactosamina, que utilizada para a sntese do cido N-acetilneuramnico,
processa-se de modo similar da produo de UDP-galactosamina. Contudo, a glicosamina-6-fosfato
sofre previamente uma acetilao. As reaces relacionadas com a sntese de aminoacares esto
associadas a transferases, que vo fazer a transferncia da hexosamina do UDP-aminoacar para o
substrato.
Doenas do metabolismo da frutose e da galactose
Existem indivduos intolerantes frutose, sendo essa patologia provocada por uma alterao gentica,
no gene da aldolase B, que a impede de operar a clivagem da frutose-1-fosfato (embora participe em
todas as outras suas reaces activamente). Os indivduos em causa devem evitar a ingesto de frutose
ou, obviamente, sacarose, visto que quando ingerem frutose, manifestam-se casos de dores
abdominais, hipoglicemia e vmitos.
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J a intolerncia galactose uma patologia mais sria, no sentido em que esta doena pode ser
descrita como sendo neurodegenerativa. A galactosemia ocorre, sobretudo e neste sentido, devido a
uma deficincia da uridil-transferase (galactosemia do tipo A), provocada por uma mutao gnica. Isto
porque, embora se possa restringir a galactose na dieta, impossvel controlar a sntese de galactose no
organismo. Uma verso mais soft da intolerncia galactose (galactosemia do tipo B) ocorre quando a
alterao d-se na 4-epimerase da UDP galactose, tendo apenas como consequncia mais grave o
desenvolvimento de cataratas (algo que tambm ocorre na variante anterior).
As cataratas, aquando de intolerncia galactose, formam-se devido acumulao de galactose nas
clulas do cristalino. A redtase das aldoses converte a galactose num polilcool, o galactitol. Este,
como tem um forte poder osmtico, arrasta consigo a entrada de gua, o que leva gnese de
cataratas.
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Metabolismo do glicognio
O glicognio o principal polmero de reserva de glicdeos nos animais, sendo um polmero de -D-
glicose, cujos resduos esto unidos por ligaes (1 4) e, nos locais de ramificao, por ligaes
(1 6). Est presente, em todas as clulas, mas sobretudo, no fgado e no msculo, embora as suas
reservas no fgado sejam mais considerveis que as de qualquer msculo, 3/4 do glicognio totais do
organismo encontram-se nos msculos, devido ao facto de, no organismo, a massa muscular ser maior
que a do fgado.
O glicognio presente nos msculos representa uma fonte de glicose imediata, dentro do prprio
msculo, contudo, como este no apresenta a enzima glicose 6-fosftase, procede apenas converso
do glicognio em piruvato, que transaminado, levando formao de alanina, que exportada para o
fgado, onde um substrato da gliconeognese (ciclo da glicose-alanina). J o glicognio do fgado tem
como funes o armazenamento e a exportao da glicose, de forma a manter estveis os nveis de
glicemia, aps as refeies. Dessa forma, as reservas de glicognio no fgado esgotam-se rapidamente
aps uma refeio temos uma concentrao de 450 mM de glicognio neste rgo, baixando para 200
mM aps uma noite de jejum e aps 12-18h de jejum, as reservas de glicognio no fgado esto
totalmente esgotadas.
A estrutura altamente ramificada do glicognio permite que a glicogenlise possa ocorrer em vrios
locais, levando libertao rpida de glicose 1-fosfato para a actividade muscular. Os atletas de
resistncia, dado precisarem de uma libertao mais lenta de glicose 1-fosfato, antes das suas provas
praticam exerccio at exausto, para esgotarem todas as reservas musculares de glicognio, seguida
de uma refeio rica em glicdeos, o que resulta numa rpida e mais tosca sntese de glicognio que,
como tal, ter menos pontos de ligao para a glicogenlise e levar a que este processo ocorra mais
lentamente.
Glicognese
O processo de glicognese inicia-se de modo similar ao do metabolismo do cido glicurnico, sendo a
glicose primeiramente fosforilada a glicose-6-fosfato, numa reaco catalisada pela hexocinase no
msculo e pela glicocnase no fgado. De seguida, a glicose 6-fosfato isomerada a glicose 1-fosfato
pela fosfoglicomutase (numa reaco em que a prpria enzima fosforilada e o grupo fosfato participa
numa reaco reversvel, em que a glicose 1,6-bifosfato um intermedirio). A glicose 1-fosfato reage
ento com o UTP, de modo a formar UDPGlc (uridina difosfato glicose) e pirofosfato. Esta reaco
catalisada pela pirofosforilase do UDPGlc. Esta reaco ocorre no sentido da formao do UDPGlc, uma
vez que a pirofosftase remove um dos produtos da reaco ao catalisar a hidrlise do pirofosfato em
duas molculas de fosfato.
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Todas as reaces da glicognese so irreversveis, com excepo da reaco catalisada pela
fosfoglicomtase. O UDP que produzido convertido de novo em UTP, atravs da cnase de
nucleosdeos-difosfato.
A sntase do glicognio catalisa a formao de uma ligao glicosdica entre o primeiro carbono da
glicose UDPGlc e o quarto carbono de um resduo terminal da glicose do glicognio, libertando UDP.
Contudo, para que esta reaco se inicie necessria a presena de uma molcula de glicognio pr-
existente, a qual designada por primer de glicognio, formado num primer proteico, designado por
glicogenina. Esta glicosilada num resduo especfico de tirosina pela UDPGlc, formando-se uma cadeia
curta que serve de substrato para a sntase do glicognio.
A adio de um resduo de glicose a uma molcula pr-existente de glicognio ocorre com a formao
de sucessivas ligaes (1 4). Quando a cadeia tem pelo menos 11 resduos de glicose, a enzima
ramificante transfere parte da cadeia 1 4 (pelo menos 6 resduos de glicose) para uma cadeia vizinha,
de modo a formar uma ligao (1 6).
Glicogenlise
O processo de glicogenlise no deve ser entendido
como o inverso da glicognese, mas como um
processo separado.
A fosforilase do glicognio catalisa a clivagem das
ligaes (1 4) do glicognio, atravs de um
processo de fosforlise, permitindo a formao de
glicose 1-fosfato. Este o passo mais importante na
glicogenlise, visto ser a sua etapa reguladora. Esta
enzima requer a presena de fosfato piridoxal
(forma activa da vitamina B6) como co-factor, sendo
o grupo fosfato, o grupo cataliticamente activo
desta enzima.
Os resduos terminais de glicose so ento
removidos at restarem cerca de quatro resduos
de glicose de cada lado da cadeia 1 6. A, a transferase do glucano transfere um trissacardeo dos
ramos da cadeia 1 6, para a cadeia principal 1 4. A hidrlise das restantes ligaes (1 6)
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catalisada pela enzima desramificante. Estas duas ltimas enzimas referidas esto relacionadas com a
mesma protena, mas com dois stios catalticos diferentes nesta. A anlise total do glicognio prossegue
com a aco combinada da fosforilase. A reaco catalisada pela fosfoglicomtase reversvel, de forma
a que a glicose 6-fosfato possa ser formada a partir de glicose 1-fosfato. A glicose 6-fosfato pode ser
convertida em glicose no fgado e no rim, mas no nos msculos.
Regulao da glicogenlise e da glicognese
As principais enzimas que controlam o mecanismo do glicognio so a sntase do glicognio e a
fosforilase do glicognio e so reguladas por mecanismos alostricos e por modificao covalente por
fosforilaes e desfosforilaes reversveis. A fosforilao ocorre como resposta ao cAMP formado a
partir do ATP a partir da adenilil ciclase a partir de hormonas, tais como a adrenalina (epinefrina), a
noradrenalina (norepinefrina) e a glucagina. O cAMP hidrolisado pela fosfodiesterase, cuja aco
activada, no fgado, pela insulina.
Como os inbidores da fosforilase do glicognio activam a sntase do glicognio e vice-versa, podemos
dizer que a estas duas enzimas so reguladas reciprocamente.
Regulao da fosforilase do glicognio
Tanto no fgado como nos msculos, a enzima fosforilase do glicognio activada por fosforilao,
catalisada pela cnase da fosforilase e inactivada por desfosforilao, numa reaco catalisada pela
fosfatase das fosfoprotenas. No fgado a fosforilase a (activa) inibida alostericamente pelo ATP, pela
glicose 6-fosfato e pela glicose livre. Pelo contrrio, nos msculos o 5AMP actua como um activador
alostrico da forma desfosforilada da fosforilase do glicognio (fosforilase b).
A cnase da fosforilase, por seu turno, activada em resposta ao cAMP. O aumento da concentrao de
cAMP activa a cnase das protenas dependentes de cAMP (PKA). Esta catalisa a fosforilao da cnase
da fosforilase b (inactiva), para se converter em cnase da fosforilase a (activa), algo que feito custa
de ATP. O cAMP produzido, no fgado, como resposta glicagina, aquando de baixa concentrao de
glicose e no msculo essa produo ocorre como resposta noradrenalina, dado o msculo ser
insensvel glucagina. A noradrenalina segregada como resposta ao medo ou a um susto, pois nesses
momentos existe necessidade de aumentar o processo de glicogenlise, de modo a permitir uma rpida
actividade muscular.
No tecido muscular, o io Ca2+ funciona como um activador da glicogenlise, pois a cnase da fosforilase
apresenta quatro subunidades diferentes. Uma delas, a subunidade , similar a uma Ca2+-binding
protein, a calmodulina. Isto activa o local cataltico de outra subunidade, a . Isto permite a activao da
cnase da fosforilase se faa sincronizadamente com a contraco muscular (que da responsabilidade
do io Ca2+). Tambm no fgado, este io pode activar o processo de glicogenlise a estimulao de
receptores adrenrgicos 1 pela adrenalina e pela noradrenalina leva entrada de clcio no citosol, o
que vai activar a cnase da fosforilase.
Por outro lado, a fosfatase-1 das protenas inactiva, por desfosforilao, a fosforilase a e a cnase da
fosforilase a. A fosfatase-1 das protenas inibida pelo inibidor-1, uma protena, que apenas fica activa
aps ter sido fosforilada pelo cAMP. Dessa forma, o cAMP tem controla, quer a activao e a inactivao
da fosforilase do glicognio. Tambm a insulina inibe a activao da fosforilase b, ao ter um efeito
hipoglicemiante e levar a uma maior formao de glicose 6-fosfato, que, como referido, um inibidor da
cnase da fosforilase.
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Regulao da sntase do glicognio
Tal como a fosforilase, a