2. Embora a nutrição de nossas células seja oferecida interna e diretamente pelo sangue
cujo fluxo é rapidamente regulado, o conteúdo de nutrientes no sangue é afetado
também rapidamente pela função diferenciada das células e dos tecidos biológicos.
Entre eles o sistema digestório e os alimentos ingeridos e digeridos total ou
parcialmente. Nossos costumes foram selecionados (grosseiramente falando) por
processos de aprender a buscar e repetir coisas agradáveis e fugir de coisas
desagradáveis.
Para ambas atividades, nossos antepassados contavam com a necessidade de gastar
uma enorme quantidade de energia química de suas reservas (Glicogênio, Lipídeos e
mesmo massa muscular de proteínas).
Desta forma, a recompensa para este gasto de energia, tinha que ser realmente
agradável. Hoje em dia, ela continua a ser crescentemente agradável (resultado de
evolução neste sentido, de preparo de alimentos e de imagens publicitárias) mas, o
esforço para obtê-las foi enormemente reduzido.
Olhando a slide anterior, podemos imaginar que lutar contra este processo básico de
luta pelo prazer pode facilmente se transformar numa batalha perdida pois, significa
colocar a natureza humana em oposição aos processos mais básicos de sua origem.
O correto parece ser aprender a apreciar e desfrutar o prazer com moderação, com
educação e cuidadosamente e, aumentar a atividade física diária.
Deslocar o padrão da dieta na direção dos alimentos que aportam carbo-hidratos de
fácil digestão e absorção (a absorção deverá ser sempre rápida para impedir a perda de
água por desidratação - osmose) para aqueles mais difíceis sem eliminar por completo
aqueles mais apreciados. E cuidado especial para com aqueles como o açúcar no
cafezinho que se mostra no dia a dia imperceptível.
3. Reações da via glicolítica com destaque para fornecimento de energia química
na forma de ATP e de poder redutor.
A conversão de piruvato em lactato mantém ativo o sistema de transferência de poder redutor de forma
independente do ciclo de Krebs e da cadeia respiratória encontradas na mitocôndrias
4. Ciclo de Krebs – Aerobiose
Na presença de mitocôndrias e oxigênio os carbonos do piruvato fornecem o Acetil do
Acetil CoA e podem fornecer ATP a partir da cadeia respiratória ligada ao ciclo de Krebs
CITRATO
Acetil CoA
OXALOACETATO
5. Ciclo de Krebs e Cadeia
Respiratória
• Para a bioquímica não se trata de uma via metabólica e sim de um ciclo pelo fato de que o
ponto inicial e o ponto final são idênticos: o mesmo oxaloacetato.
• Entretanto, trata-se de um sistema de enorme importância para todas as vias de
metabolismo aeróbico que possam fornecer Acetil CoA para serem oxidados e produzirem
ATP na cadeia respiratória usando a energia acumulada no potencial de membrana
mitocondrial.
• Este ciclo também permite que a glicose forneça carbonos para a produção de amino
acidos não essenciais e em condições de dieta hiper proteica permite que os carbonos
dos amino ácidos glicogênicos sejam convertidos em glicose.
• A cadeia respiratória, também não é uma via metabólica mas, será o sistema responsável
pelo processo mais eficiente de conversão de energia de oxido-redução em síntese de
ATP repare que transferências de poder redutor (NADH e FADH2) ocorrem depois da
produção de gás carbônico a energia é extraída da transferência de elétrons e não da
quebra de ligações carbono-carbono..
• Ciclo de Krebs e cadeia respiratória operarão em conjunto para manter os níveis
intracelulares de ATP com velocidade de queima de moléculas de acetil CoA em baixa
velocidade . Ele é controlado pela oferta de ADP (ATP gasto pela célula)
6. Cada NADH possui energia livre para obter 3
moléculas de ATP. Já o FADH2 produz 2 de ATP.
7. VIA GLICOLÍTICA SEM REQUERIMENTO DE OXIGÊNIO
RENDE 2 ATP POR MOLÉCULA DE GLICOSE CONVERTIDA EM 2 DE LACTATO
Citrato torna enzima 4 inibível por ATP
CITRATO ALTO INDICA GRANDE PRODUÇÃO DE ATP NO CICLO DE KREBS
E CADEIA RESPIRATÓRIA DENTRO DA CÉLULA.
8. Embora consideremos que todos os carbonos dos componentes de uma célula viva estejam em contato
com o ambiente extracelular e portanto, participem da abertura termodinâmica oferecida pela nutrição,
os fluxos de carbono do que consideramos metabolismo não são idênticos.
Assim, os carbonos da glicose podem entrar e sair das células vivas em grande velocidade na forma de
CO2 ou de lactato o mesmo não ocorrerá com os carbonos dos amino ácidos que compões as proteínas
que serão nossas enzimas ou mesmo com outras moléculas orgânicas requeridas para as transformações
do metabolismo como são as co-enzimas ou co-fatores como NAD, NADP, FAD e/ou CoA.
No caso dos transportadores de H (NAD, NADP, FAD), eles acoplarão direta ou indiretamente (quando
cruzamento de barreiras/membranas são necessários) reações de oxido redução. Apenas os H doados ou
recebidos ocorrerão com alterações químicas, em alta velocidade. Os carbonos de NAD, NADP etc. , serão
trocados à velocidade muito baixa. No caso, da CoA, o acetato ou succinato que poderão ser ativados pelo
CoA também participarão de fluxos rápidos enquanto que os carbonos da molécula de CoA serão em sua
grande maioria mantidos por longo tempo ou seja participarão de fluxos muito lentos. Por esta razão eram
denominados de co-enzimas pois, apresentavam a mesma capacidade que as enzimas apresentam de
terem a maior parte de suas estruturas preservadas durante um número enorme de reações catalisadas. E
apenas não eram considerados partes fixas das enzimas por não estarem unidas de forma contínua a elas
por ligações covalentes como as que unem um amino ácido ao outro (ligação peptídica).
Assim a notação que melhor descreve os transferidores de H é coloca-los abaixo da seta que representaria
uma enzima como um par de oxido-redução que obedece no esquema a forma que recebe o H junto ao
substrato que o doa e a forma que doará o H junto ao produto que o perdeu.
O ATP, ADP e AMP mereceriam a mesmas considerações mas, com a ressalva de que é objeto de uma
regulação específica sem relação estrita com uma única etapa do fluxo. Esta regulação observa ao longo
da evolução é denominada “Carga energética” como se fosse a carga de uma “bateria química”
participante da maioria dos processos onde variação de energia livre pode ser obtida ou requerida.
11. Mesmo com este esquema bem simplificado para os compartimentos existentes
dentro da célula, fica clara a maior complexidade em relação à bioquímica da bactérias.
Se a bioquímica de outros microrganismos mais complexos como fungos (eucariontes)
forem usados para comparação, ainda assim, é importante destacar que as células
destes eucariontes não regulam aspectos físico-químicos de seu meio extracelular como
ocorre com nossas células em relação a por exemplo, homeostasia glicídica
(manutenção dos níveis de glicose no sangue).
Mesmo com esta apresentação simplificada de nossos compartimentos intracelulares é
possível entender a importância da separação entre o meio intramitochondrial e
extramitocondrial em nosso citoplasma.
Nossas mitocôndrias transformam em potencial energético as oxido-reduções do
metabolismo e usam este potencial de forma controlada para obtenção de ATP. Desta
forma, não queimamos todas as moléculas orgânicas que obtemos por nossa nutrição.
Queimamos apenas na medida em que necessitamos fazer ATP a partir de ADP que
aparece quando ATP gasto. Foi este mecanismo de controle respiratório que nos
possibilitou fazer as reservas que usamos para as atividades que nos agradaram durante
a evolução de nossos ancestrais.
Atualmente, os fatores que nos motivaram a executar trabalho por um mecanismo de
memória que os associa com a recompensa agradável, são mais fortes e o trabalho
requerido para sua obtenção são incrivelmente menores. O mesmo mecanismo de
obtenção de reserva que salvou nossos antepassados, nos dá facilmente, a obesidade
epidêmica.
12. Mesmo com oferta de substrato, de oxigênio, de enzimas e de genoma presentes,
a respiração (consumo de oxigênio e produção de gás carbônico) só se ativa com
ADP. Quando todo o ADP foi transformado em ATP se inibe de novo (estado IV).A
queima de substratos (HC, lipideos, aminoàcidos) mitocondrial é ligada à queima
ou necessidade de ATP.
Preparação mitocondrial de fígado de ratos - Registro analógico original – Clark (Deptos
de Bioquímica e de Cirurgia Lab Cirurgia-experimental FMRP-USP-1986)
13. Reservas de hidrato de carbono
Glicogênio muscular não é afetado pelo jejum e
sim pelo exercício (reserva de ATP)
Glicogênio hepático acaba em poucas horas de
jejum (reserva de glicose)
14. Veja como glicogênio hepático vai sendo lentamente alterado por
períodos dentro do dia de jejum e por absorção de hidratos de
carbono provenientes dos alimentos
15. Neoglicogênese
Na madrugada, já sem glicogênio hepático é a via neoglicogenética que mantém os níveis de glicose
circulante. Nas dietas sem hidratos de carbono (hiperproteicas) esta via serve para fabricar
glicogênio ou açúcar do leite ou ainda, manter a glicemia.
Dentro de uma célula, quando esta via estiver ativada, a via glicolítica estará inibida para impedir
quebra fútil de ATP.
16. Integração metabólica entre órgãos. A regra que numa célula, impede o funcionamento simultâneo
das vias neoglicogenética e glicolítica não impede o funcionamento simultâneo das
duas vias em órgãos diferentes.
No primeiro caso, observa-se regulação de ATP (intracelular) e
no segundo, regulação da glicemia (extracelular).
Glicogênio muscular
reserva de ATP
Glicogênio hepático
reserva de glicose
Mantém ATP
dentro das
células
(intracelular)
Mantém a glicose
circulante – glicemia
(extracelular)
17.
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19. Inibição da via glicolítica por
ATP + Citrato
Na projeção anterior, aparece uma seta que indica que o Citrato (a primeira
molécula formada no Ciclo de Krebs) inibe a via glicolítica. Na realidade,
ele torna a enzima regulatória (4) da via glicolítica inibível por
concentrações normais de ATP ou seja, desde que existam outras fontes
de Acetil CoA para o ciclo de Krebs e a produção de ATP seja mantida a
via glicolítica terá sua velocidade reduzida.
Isto significaria que os ATPs formados por lipídeos (Acidos graxos livres –
AGL) ou por aminoácidos cetogênicos são melhores do que o ATP formado
a partir do piruvato proveniente da glicose?
Não! Mostra de outra forma o que já havíamos percebido na regulação de
músculo e fígado que a regulação do intracelular é uma (Mantêm ATP) e a
do extracelular (manutenção da glicemia) é outra. A própria célula não
recebe benefício por fontes alternativas de ATP mas, as células como os
glóbulos vermelhos (hemácias) e os que dependem do metabolismo da
glicose são beneficiadas pela homeostasia (sentido correto).
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25. Considerações finais
• Abordamos dois aspectos do metabolismo:
No primeiro aspecto, observamos o fluxo dos átomos de carbono de uma molécula como o
CO2 para outra molécula como a de glicose na fotosíntese. Ou alternativamente, o fluxo dos
carbonos de glicose para o CO2 do ar pela via glicolítica aeróbica.
No segundo aspecto, observamos que o metabolismo não é dado apenas pelas transferências
de átomos de carbono de uma molécula que inicia uma via metabólica para a molécula que é o
produto final desta via. Deve-se considerar adicionalmente, os processos de fornecimento de
energia seja na forma de síntese de ATP, de potencial de óxido-redução ou de liberação de
calor.
Finalmente, percebemos como estes aspectos se inter-relacionam quando se observa o efeito
do metabolismo do etanol. O etanol pode ser ingerido como fonte rápida de calor. Mas, afeta
uma via metabólica biosintética, a neoglicogênese, devido a alteração de oxido-redução
provocada pelo metabolismo do etanol. Este último aspecto, fica bem importante quando
consideramos que em madrugada fria (sem ingestão de alimentos acompanhando) uma pequena
ingestão de álcool “para aquecer” pode causar súbita hipoglicemia ao interferir na
neoglicogênese hepática no momento, em que esta via se torna a principal reguladora da
glicemia.
Além da noção de espaço e compartimentos celulares a noção de TEMPO é fundamental em
bioquímica em geral e não apenas para o funcionamento do cérebro. As regulações rápidas
mantem a vida e ocorrem sem depender de alterações da expressão gênica ( leituras de DNA)..
