Processo metabólico relacionado a obtenção de energia a partir de carboidratos

Índice

• 1 Definição
• 2 Catabolismo: carboidratos  
• 3 Catabolismo: proteínas 
• 4 Catabolismo: lipídeos   
  • 4.1 Posts relacionados:
  • 4.2 Referências:

Definição

O catabolismo é uma etapa do metabolismo, e consiste na obtenção de energia e poder redutor a partir da degradação de macronutrientes, como proteína e carboidrato. Parte dessa energia é conservada na forma de ATP e de transportadores de elétrons reduzidos. O restante é perdido como calor. Baseiam-se na oxidação de moléculas (Perda de elétrons).

Catabolismo: carboidratos  

O glicogênio é a principal reserva disponível de glicose para suprir os tecidos com uma fonte de energia oxidável e é encontrado principalmente no fígado, este é considerado fonte de glicose que pode ser utilizada por todo o organismo. 

O catabolismo do glicogênio consiste na degradação do glicogênio o qual se inicia pela necessidade de glicose intracelular ou pelo organismo. Esse processo ocorre nas 36 primeiras horas de fome para sustentar o período em que a glicose está sendo formada pelo processo da neoglicogênese.  

A degradação dos estoques de glicogênio ocorre através da ação da enzima glicogênio fosforilase.  A ação desta enzima é remover resíduos de glicose-1 P a partir da quebra de ligações α-(1,4) da molécula de glicogênio. Essa reação apresenta duas vantagens para o organismo:

1. A glicose é removida do glicogênio em um estado ativado (fosforilada) e isto ocorre sem hidrólise de ATP. 
2. A concentração Pi nas células é alta o suficiente para dirigir o equilíbrio da reação no sentido favorável. 

A glicose só é fosforilada no fígado quando existe no sangue em concentrações muito elevadas (i.e. depois das refeições). Assim, quando a concentração de glicose no sangue é baixa, o fígado não compete com os outros tecidos, e quando os níveis de glicose são elevados o excesso de glicose é convertido pelo fígado em glicogênio.

A glicose-1-fosfato produzida pela ação da fosforilase é convertida em glicose-6-fosfato por uma fosglicomutase. No fígado, parte da glicose-6-P entra na via glicolítica e parte é desfosforilada pela glicose-fosfatase. Todas as moléculas de glicose-6-P provenientes da glicogenólise muscular, são destinadas para a via glicolítica muscular. 

Catabolismo: proteínas 

Apesar das proteínas corporais representarem uma proporção significativa de reservas potenciais de energia, elas costumam ser utilizadas na produção de energia apenas em situações de jejum prolongado, quando os carboidratos já não estão disponíveis como combustível.

A digestão da proteína começa no estômago, por ação da pepsina, em pH baixo promovido pela secreção de ácido clorídrico no suco gástrico, que é secretado por ação do hormônio gastrina. Em seguida, continua no intestino delgado com a inserção de secreções pancreáticas.

Depois que todos os di- ou tripeptídeos remanescentes são degradados nos enterócitos, os aminoácidos livres são transportados pela veia porta ao fígado para o metabolismo energético, ou distribuídos para outros tecidos.

As proteínas, como os demais compostos constituintes de um organismo, não são permanentes, estando em contínua degradação e síntese. A manutenção da concentração de uma determinada proteína é obtida pela síntese desta proteína em uma velocidade equivalente à de sua degradação e, embora existam variações de concentrações em tempos muitos curtos, em geral, a concentração proteica mantém-se constante no indivíduo adulto e hígido.

Os aminoácidos sofrem o processo oxidativo em três diferentes circunstâncias metabólicas:

1. Durante a síntese e degradação normal de proteínas, alguns aminoácidos obtidos pela degradação são utilizados para a síntese de novas proteínas;
2. Quando a dieta é rica em proteínas, e a ingestão excede as necessidades do corpo a síntese de proteínas endógenas, tal excesso é degradado, visto que os aminoácidos não podem ser estocados;
3. Durante o jejum ou em doenças como a diabetes melito, quando os carboidratos já não estão mais disponíveis ou não podem ser utilizados, as proteínas celulares são utilizadas como combustível.

Em todas essas condições metabólicas, os aminoácidos perdem seus grupamentos amino para formar α-cetoácidos, os “esqueletos de carbono” dos aminoácidos. Os α-cetoácidos sofrem oxidação a CO2 e H2O, geralmente mais importante, fornecem unidades de 3 e 4 carbonos que podem ser convertidas em glicose. 

Catabolismo: lipídeos   

Os lipídeos da dieta, absorvidos no intestinos, e aqueles sintetizados endogenamente são distribuídos aos tecidos pelas lipoproteínas plasmáticas, para utilização ou armazenamento.

Os triacilgliceróis e os ácidos graxos são conhecidos como os principais lipídeos para o metabolismo energético.

As células podem obter combustíveis de ácidos graxos de três fontes: gorduras consumidas na dieta, gorduras armazenadas nas células como gotículas de lipídeos e gorduras sintetizadas em um órgão para exportação a outro.

Quando hormônios sinalizam a necessidade de energia metabólica, os triacilgliceróis armazenados no tecido adiposo são mobilizados e transportados aos tecidos (musculatura esquelética, coração, fígado e córtex renal) nos quais os ácidos graxos podem ser oxidados para produção de energia.

Os ácidos graxos liberados dos adipócitos são transportados pelo sangue ligados à albumina e utilizados pelos tecidos como fonte de energia; o tecido nervoso e as hemácias são exceções, pois obtêm energia exclusivamente a partir da oxidação de glicose.

Nos tecidos-alvo, os ácidos graxos se dissociam da albumina e são levados por transportadores da membrana plasmática para dentro das células para servir de combustível.

O glicerol liberado pela ação da lipase é fosforilado e oxidado a glicerol-fosfato, podendo entrar nas vias glicolíticas ou gliconeogênicas. Alternativamente, o glicerol-fosfato pode ser usado na síntese de triacilgliceróis ou de fosfolipídios. 

Para serem oxidados, ainda no citosol, os ácidos graxos são primeiramente convertidos em uma forma ativada, uma acil-Coa, em uma reação catalisada por acil-CoA sintetase, associadas à membrana externa da mitocôndria.

Ácido graxo + CoA + ATP  ⇄  Acil-CoA graxo + AMP + PPi

Os ácidos graxos com comprimento de cadeia de 12 carbonos ou menos entram na mitocôndria passivamente, sem a ajuda de transportadores de membrana. Aqueles com um número maior de carbonos, que constituem a maioria dos ácidos graxos livres obtidos na dieta ou liberados do tecido adiposo, não conseguem passar livremente através das membranas mitocondriais. 

Primeiro eles precisam passar pelo ciclo da carnitina, um processo envolvendo três reações enzimáticas. Desse modo, o radical acila dos ácidos graxos atinge o interior da mitocôndria, onde ocorre sua oxidação.

Uma vez na matriz mitocondrial, o ácido graxo passará por uma sequência de quatro reações, conhecida como β-oxidação. Ao final desta via, a acil-CoA é encurtada de dois carbonos, liberados sob a forma de acetil-CoA, além da produção de NADH e FADH2.

Na primeira reação, uma enzima chamada acil-CoA desidrogenase retira dois H (hidrogênios) da molécula do acil-CoA e os entrega para o FAD,-CoA hidratase hidrata o enoil-CoA, formando o L-3- hidroxiacil-CoA. 

Na terceira reação, a enzima L-3-hidroxiacil-CoA desidrogenase oxida mais uma vez a molécula, mas neste caso, utiliza NAD+ que recebe os H da molécula e passa a NADH + H+. Na quarta e última reação da β-oxidação, ocorre a quebra da molécula propriamente dita.

O processo completo da β-oxidação ocorre na mitocôndria e os nucleotídeos reduzidos (FADH2 e NADH + H+) são utilizados diretamente para a síntese do ATP pela fosforilação oxidativa.

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Referências:

1. BAYNES, John W.; DOMINICAZK, Marek H. Bioquímica Médica. 3. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2010
2. Bioquímica 2, v.1. / Andrea Thompson Da Poian – Rio de Janeiro : Fundação CECIERJ, 2009.
3. CHAMPE, Pamela C.; HARVEY, Richard A.; FERRIER, Denise R.. Bioquímica Ilustrada. 3. ed. Porto Alegre: Artmed, 2006
4. Cadernos Cb Virtual  2 / Rafael Angel Torquemada Guerra … [et al.].‐  João Pessoa: Ed. Universitária, 2011. Educação a Distância. 2. Biologia. Acesso em 01/05/2021. 
5. NELSON, David L.; COX, Michael M.. Princípios de bioquímica de Lehninger. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2014. 1 v.

Como ocorre a produção de energia a partir do metabolismo dos carboidratos?

Quais são as etapas do metabolismo dos carboidratos?

Qual via metabólica inicia o metabolismo dos carboidratos?

Qual e a etapa que gera mais energia no metabolismo de carboidratos?