Metabolismo dos Carboidratos Bioquimica noite

Curso Técnico em farmácia
Disciplina: bioquímica
Prof. Giorgio

Metabolismo dos Carboidratos

Embora não sejam os únicos destinos possíveis da glicose, estas 03 vias são, na maioria das células, as mais significativas em torno de quantidade de glicose que flui através delas:

1- Armazenada na forma de glicogênio.
2- Oxidação pela via das pentoses fosfato
3- Oxidação pela via glicolítica (glicólise).


1. GLICÓLISE E FERMENTAÇÃO

A glicose é o principal substrato para as reações energéticas, sendo a glicólise o principal processo de utilização energética da glicose, presente em todos os seres vivos, desde a mais antiga e simples bactéria até o mais recente e complexo organismo multicelular.
A glicólise, entretanto, é um processo metabolismo aeróbico produzindo quase vinte vezes mais energia para os processos metabólicos intracelulares. Desta forma, o ciclo de Krebs e a Cadeia respiratória correspondem à seqüência natural do metabolismo da glicose e dos demais compostos energéticos (ácidos graxos e aminoácidos).
A glicólise é a primeira via metabólica da molécula de glicose e outras hexoses. Todos os seres vivos (a exceção dos vírus) realizam, invariavelmente, a glicólise seja em condições de aerobiose ou de anaerobiose, com as enzimas glicolíticas presentes no citoplasma. Primariamente, a glicólise é um processo anaeróbio onde se observa a formação de um produto final estável (lactato) e em condições de aerobiose, o metabolismo da glicose prossegue com as demais vias produtoras de energia (ciclo de Krebs e cadeia respiratória), mas somente se a célula possuir mitocôndrias funcionais, uma vez que esses processos são todos intramitocondriais
A glicólise ocorre em uma seqüência enzimática de 11 reações, em duas fases.
A primeira fase da glicólise é uma fase de gasto energético onde os produtos formados são mais energéticos que a glicose. A segunda fase resgata a energia investida e libera parte da energia contida na molécula de glicose..
Alguns fungos possuem um tipo especial de glicólise, denominada fermentação alcoólica, pelo fato de degradar a glicose até piruvato e este até etanol com a liberação de CO2.
Este é o principal motivo de se utilizar fungos (p.ex.: Sacharomices cerevisae) para obter a base para as bebidas alcoólicas e também como fermento de pão (a massa aumenta de volume graças ao CO2 liberado).
A maioria das bactérias realiza o metabolismo anaeróbico da glicose, mesmo sendo aeróbias, pelo simples fato de não possuírem mitocôndrias. Algumas bactérias, entretanto, possuem na membrana citoplasmática enzimas transportadoras de elétrons que permite o metabolismo aeróbico semelhante ao observado no Ciclo de Krebs e Cadeia Respiratória.
As hemácias realizam, também, somente o metabolismo anaeróbico pelo fato de suas mitocôndrias serem afuncionais. Nas hemácias, durante a segunda fase da glicólise, o 1,3-bis-fosfo-glicerato pode ser isomerizado em 2,3-bis-fosfo-glicerato (BPG) e se ligar com a hemoglobina induzindo a liberação de O2 nos tecidos

Glicólise: é a degradação da glicose através de reações catalisadas por enzimas com formação de moléculas de piruvato e conservação de energia na forma de ATP

Fermentação: é a degradação da glicose em vários produtos, em condições anaeróbicas, com obtenção de energia na forma de ATP.

Destinos catabólicas do piruvato.

Em condições aeróbicas o piruvato e transformado em acetil – Coa, que entra no CK – respiração aeróbia.
Em condições anaeróbias o piruvato tem 02 caminhos: conversão de piruvato a lactato e fermentação alcoólica.

Conversão do piruvato a lactato

o É o caminho mais comum e ocorre principalmente no músculo, podendo também ocorrer nas hemácias. É também chamado de GLICOSE ANAEROBICA OU FERMENTAÇÃO LÁCTICA.
o A enzima que participa da reação e a lactato Desidrogenases.
o O metabolismo anaeróbico é a única fonte de energia nas células vermelhas do sangue de mamíferos como também de muitas espécies de bactérias.

Fermentação alcoólica

o O piruvato pode ser transformado em acetaldeido, que é transformado em etanol.
o Ocorre nas leveduras.
o No nosso organismo o etanol que ingerimos se transforma em acetaldeido que se transforma até chegar à glicose.
o O CO2 produzido é responsável pelas bolhas na cerveja e nos vinhos espumantes.
o Síndrome alcoólica fetal: o consumo de etanol pela gestante causa efeitos prejudiciais ao feto. O etanol é convertido em acetaldeido, que atravessa a placenta e acumula-se no fígado do feto. O acetaldeido é oxidado rapidamente sendo responsável pelos efeitos.


2- SINTESE DO GLICOGÊNIO

A síntese de glicogênio ocorre sempre em condições de excesso de glicose e corresponde a importante rota de desvio do metabolismo energético.
Após a absorção dos carboidratos no intestino, a veia porta hepática fornece ao fígado uma quantidade enorme de glicose que vai ser liberada para o sangue e suprir as necessidades energéticas de todas as células do organismo. O excesso da glicose é estocado como glicogênio no fígado e músculos.
O excesso de síntese de glicogênio é um perigo para a célula, já que por ser solúvel e depositar-se no citoplasma, leva ao aumento da concentração do citoplasma, tornando-o muito “viscoso” e diminuindo a atividade enzimática celular, o que pode levar, inclusive, à morte celular. Por isso, é fundamental que a célula possua um mecanismo de regulação da síntese de glicogênio bem coordenado para impedir os efeitos nocivos de um acúmulo de glicogênio.
A síntese de glicogênio é estimulada pela insulina, o que permite a rápida retirada de glicose plasmática e seu depósito quase que imediato como glicogênio.

Degradação do glicogênio

NO FÍGADO: A liberação do glicogênio é estimulada por baixas concentrações de glicose no sangue.


Glicogênio _____________ glicose-1-fosfato____glicose-6-fosfato
Fosforilase do glicogênio



A glicose-6-fosfato é hidrolisada para gerar glicose, que é liberada do fígado restabelecendo a glicose no sangue.

NO MÚSCULO: a glicose-6-fosfato obtida pela degradação do glicogênio entra na rota glicolitica antes que seja exportada para a corrente sanguínea.


Glicogênio _____________ glicose-1-fosfato____glicose-6-fosfato
Fosforilase do glicogênio

O desdobramento do glicogênio é importante quando um organismo necessita de energia rapidamente. O tecido muscular pode mobilizar glicogênio mais facilmente que a gordura e pode fazê-la também pelo modo anaeróbico. É somente após o esgotamento de reservas de glicogênio que a queima de gorduras se torna importante.

Metabolismo de regulação

O fígado é a única célula que pode liberar glicose da célula para o sangue, fato indispensável para suprir as necessidades energéticas de todas as células do organismo. Essa liberação só é possível graças à enzima glicose-6 fosfatase, que reverte à primeira reação da glicólise (a formação de glicose-6-fosfato). As demais células, por não possuírem esta enzima, consomem integralmente a glicose baixando a glicemia, já que absorvem glicose do sangue, mas não são capazes de liberá-la para o meio extracelular. Além dos hepatócitos, algumas células justa glomerulares (renais) possuem pequena atividade de
Glicose-6-fosfatase, mas não exercem papel significativo na manutenção da glicemia. Apesar da grande quantidade de glicose liberada para o sangue pelo hepatócitos, as concentrações normais de glicose plasmática (glicemia) não sofrem grande variação além de 70 - 99 mg/dl, devido à regulação hormonal pelos hormônios pancreáticos insulina e glucagon.

Envolve algumas enzimas e hormônios.

Hexocinase
Glicocinase (fígado)
Piruvato quinase
Fosfofrutoquinase -1
Regulação hormonal

As concentrações normais de glicose plasmática (glicemia) situam-se em torno de 70 – 99 mg/ dL, sendo que situações de hiperglicemia tornam o sangue concentrado alterando os mecanismos e causando efeitos degenerativos no SNC. Sendo assim, um sistema hormonal apurado entra em ação para evitar que o aporte sanguíneo de glicose exceda os limites de normalidade.
Os hormônios pancreáticos insulina e glucagon possuem ação regulatória sobre a glicemia plasmática. Não são os únicos envolvidos no metabolismo dos carboidratos (os hormônios sexuais, glicocorticóides, GH, tireoidianos e outros também têm influência sobre a glicemia), porém, sem dúvida, são os mais importantes.
A insulina é produzida nas células beta das ilhotas de Langerhans e é armazenada em vesículas do aparelho de Golgi em uma forma inativa (pró-insulina). Nessas células existem receptores celulares que detectam níveis de glicose plasmáticas (hiperglicemia) após uma alimentação rica em carboidratos. Ocorre a liberação da insulina na circulação sanguínea e como efeito imediato, a insulina possui três efeitos principais:

• Estimula a captação de glicose pelas células;
• Estimula o armazenamento de glicogênio hepático e muscular (glicogênese);
• Estimula o armazenamento de aminoácidos (fígado e músculos) e ácidos graxos (adipócitos).

Como resultado dessas ações, há a queda gradual da glicemia (hipoglicemia) que estimula as células alfa pancreáticas a liberar o glucagon. Este hormônio ativa a enzima fosforilase do glicogênio para que ocorra a quebra do glicogênio e liberação da glicose para o sangue. O aumento da concentração de glicose sanguínea inibe a enzima.
O glucagon possui ação antagônica à insulina, com três efeitos básicos:

• Estimula a neoglicogênese (síntese de glicose);
• Estimula a glicogenólise. O glucagon ativa a enzima fosforilase do glicogênio para que ocorra a quebra do glicogênio e liberação da glicose para o sangue.
• Estimula a mobilização dos depósitos de aminoácidos e ácidos graxos.

Esses efeitos hiperglicemiantes possibilitam nova ação insulínica, o que deixa a glicemia de um individua normal em torno dos níveis normais 70 – 99 mg/dl.
A captação de glicose pela célula se dá encaixe da insulina com o receptor celular para insulina. Esse complexo sofre endocitose, permitindo a entrada de glicose, eletrólitos e água para a célula; a glicose é metabolizada (através da glicólise e Clico de Krebs), a insulina é degradada por enzimas intracelulares e o receptor é regenerado, reiniciando o processo.
Nos músculos, a glicose em excesso é convertida em glicogênio, assim como a glicose que retorna ao fígado.

A grande maioria das células do organismo são dependentes da insulina para captar a glicose. O neurônio e os hepatócitos são exceções, pois não tem receptores para insulina, sendo a glicose absorvida por difusão.
A deficiência na produção ou ausência total de insulina ou dos receptores para insulina caracteriza uma das doenças metabólicas mais comuns: o Diabetes Mellitus.

Glicogênio no músculo.
Quando o organismo se encontra em uma situação que requer atividade muscular rigorosa, o hormônio epinefrina é liberado no sangue. A epinefrina é um sinal para o músculo esquelético ocasionar a produção de ATP, necessário para a contração muscular.
A epinefrina ativa a enzima fosforilase do glicogênio, libera glicose na circulação.


3- VIA DAS PENTOSES FOSFATO

Esta rota metabólica produz NADPH e ribose-5-fosfato a partir da desidrogenação da glicose-6-fosfato pela enzima glicose-6-fosfato-desidrogenase (G6PD) formando a 6-fosfo-glicoconolactona que é convertido em 6-fosfogliconato pela ação da lactonase. Este composto é convertido a ribulose-5-fosfato pela retirada de CO2 e por desidrogenação pelo NAD+, catalisada pela enzima 6-fosfogliconato Desidrogenases. A ribulose-5-fosfato formada é isomerizada a ribose-5-fosfato pela enzima fosfopentose - isomerase e é utilizada na síntese de ácidos nucléicos.
A formação da pentose, entretanto, não é o principal produto desta via, mas sim a formação de NADPH em tecidos que necessitam de seu poder redutor em reações biológicas
(p.ex.: síntese de ácidos graxos, redução do ferro nas hemácias).

Importância:
• Produção da pentose: ribose-5-fosfato
Esta pentose vai ser usada na síntese de ácidos nucléicos.
• Produção de NADPH.
A biossíntese de ácidos graxos requer a força redutora de NADPH.
O NADPH é importante nas reações oxidativas que produzem ATP.
• A via das pentoses nas células vermelhas do sangue é importante para a manutenção da viabilidade das hemácias.
O NADPH é necessário para reduzir a glutationa. A presença da forma reduzida da glutationa é necessária para manter a integridades destas células,
Uma deficiência da enzima glicose-6-fosfato Desidrogenases resulta em uma deficiência de NADPH, a qual, por sua vez, pode levar a uma ANEMIA HEMOLÍTICA, em função da destruição indiscriminada das hemácias.