Conferência 4 - Metabolismo dos Carboidratos

- Reações enzimáticas não ocorrem isoladas na célula.

- Diferentes vias podem ter pontos em comum.

Metabolismo

Rede de ações

*via catabólica: degradação
ADP, NAD+ e FAD -------> ATP, NADH e FADH2

*via anabólica: síntese
  
Carboidratos 

Glicídeos, polissacarídeos ou açúcares

São as moléculas mais abundantes na natureza

Função: energética (ex: glicose), estrutural (ex: quitina, celulose; pois participa da arquitetura corporal dos seres vivos), de sinalização (açúcares da membrana celular).

Glicídeos = Hidratos de C = açúcares

De forma química: C + H + O = CH2O

Classifiicação pelo tamanho

Monossacarídeos: açúcar simples, 3 a 7 C, apresenta-se na forma cíclica e termina com OSE (glicose, frutose e galactose).

Oligossacarídeos: união de poucos monossacarídeos, o mais comum é o dissacarídeo; lactose (glicose+galactose), sacarose (glicose+frutose) e maltose (glicose+glicose).

Polissacarídeos: união de muitos monossacarídeos, são macromoléculas; não possui sabor doce (ex: amido, glicogênio, celulose e quitina)

Polissacarídeos Vegetais

*amido: armazena carboidrato das plantas e é a sua principal substância de reserva energética (está no milho e em grãos)

*fibras: ricas em celulose, não são degradadas pelas enzimas humanas e faz parte da estrutura das plantas.

Polissacarídeos Animais

*glicogênio: são várias glicose, armazenadas no músculo e fígado de mamíferos e é a melhor forma de armazenar  carboidratos.

Digestão dos Carboidratos

Boca: amilase salivar ou ptialina (transforma amido, lactose, sacorse e celulose em dextrinas do amido, isomaltose, maltose, lactose, sacarose e celulose)
Estômago: a amilase continua ativa depois é inativada

Pâncreas: amilase pancreática (transforma em isomaltose, maltose, lactose e sacarose)

Enzimas ligadas à membrana das células da mucosa (isomaltAse, maltAse, lactAse e sacarAse) digerem através do suco entérico, transformando em glicose, frutose e galactose que entra na circulação porta e vai para o fígado.

Observação: a celulose sai do corpo , porque a absorção de carboidratos no corpo é apenas dos monossacarídeos por transportadores específicos.

Abastecimento de Carboidrato/Glicose

Reservas: degradação de glicogênio no fígado e músculos para liberar energia.

Alimentação: possui diversos nutrientes, entre eles, os carboidratos.

Síntese: a partir de outros metabólitos (aminoácidos, glicerol, piruvato e lactato) ocorre a produção de glicose.

Destinos da Glicose no organismo

*Sangue: para repor glicose sanguínea

*Armazenamento: em forma de glicogênio, através da glicogênese

*Degradação: glicólise a fim de gerar energia/ATP

*Excesso de glicose: produção de ácidos graxos para gerar lipídeos

*Degradação alternativa: via das pentoses para formar outros açúcares (ribose) e NADPH ----> nucleotídeos (Dna e Rna).

Observação: os outros monossacarídeos podem ser convertidos em glicose.

Visão geral do catabolismo energético

polissacarídeos ---> monossacarídeos ---> piruvato ---> acetil CoA ---> ciclo do ácido cítrico ---> liberação de ATP E CO2 ---> cadeia transportadora de elétrons ---> liberação de H2O e ATP

Resumo da degradação da glicose

C6H12O6 

Carbono e Oxigênio se juntam formando CO2 que é liberado na respiração

Hidrogênios são entregues para o NAD.H que descarregam pro NAD gerando ATP; depois os H livres se ligam ao O2 formando H2O que será eliminada pelo suor e urina.

Degradação/Oxidação dos Carboidratos

glicólise -----> ciclo de krebs -----> cadeia transportadora de elétrons

Glicólise

-ocorre no citoplasma das células

-objetiva gerar um pouco de energia/ATP e compostos para outras vias

-monossacarídeos obtidos da alimentação (glicose, frutose e galactose) podem seguir essa via

-pode ocorrer com ou sem Oxigênio
-processo anaeróbio

-Resultado: glicose (6C) ------> 2 piruvatos (3C)

-NAD E FAD: são transportadores de H (armazenam temporariamente); ligam-se aos H (porque são aceptores de hidrogênio) tirados da glicose na degradação; descarregam o H na mitocôndria.

-Saldo desta via metabólica: gasto de 2 ATPs, produção de 4 ATPs, 2 NAD carregados com 4 H (2 NAD.H), 2 piruvatos.

-Destino do piruvato: o transportador leva o piruvato para a mitocôndria e lá ele sofre uma reação de quebra
-Condições aeróbias :1 piruvato (3C) -----> 1 acetil Co.A (2C) -----> ciclo de krebs -----> CO2, H2O e 32 ATP; Observação: o C que saiu (era 3 virou 2) foi eliminado como CO2.

-Condições anaeróbias: fermentação alcoólica (etanol e CO2) e lática (lactato).

-A enzima só atua na presença de 4 vitaminas

-O acetil Co.A entra no ciclo de krebs.

Ciclo do Ácido Tricarboxílico
-processo aeróbio, apesar de não usar oxigênio em sua reações
-também chamado de ciclo de krebs ou ciclo do ácido cítrico

-ocorre na matriz da mitocôndria

-Resultado: C eliminados na forma de CO2; H carregados pelo NAD ou FAD; geração de um pouco de energia.
-3 NADH, 1 FADH2 e 1 GTP

-NAD.H e FAD.H2 carregados precisam ser descarregados, ou seja liberar os H.

Cadeia Transportadora de Elétrons
-processo aeróbio, apesar de não usar oxigênio em suas reações

-catabolismo energético: degradação dos alimentos ricos em energia

-retirada dos Hidrogênios dos carboidratos  pelo NAD+ E FAD

-esses H são entregues para a CTE (grupo de proteínas na mitocôndria) na membrana interna da mitocôndria (cristas mitocondriais)

* 5 Complexos de Proteínas: 

1, 2, 3, 4 (função: transporte); transportam elétrons do Hidrogênio até o Oxigênio, formando H2O que será liberado como suor e urina.

5 (função: síntese); produz ATP.

-Os Hidrogênios trazidos pelo NAD.H e FAD.H2 se separam em prótons (carga positiva) e elétrons (carga negativa); os elétrons são entregues na CTE e os prótons (H+) são armazenados no espaço entre as membranas.

-O NAD.H descarrega no complexo 1 e o FAD.H2 no complexo 2; por isso o NAD produz mais ATP do que o FAD.

-Cada complexo pode receber e doar elétrons, que são trocados entre os complexos e alguns carreadores de elétrons móveis.

-No final, os elétrons se juntam com o O2 e com os prótons (H+).
-Os H  que estão entre as membranas precisam voltar, no entanto só podem voltar pela ATPase, que fazem um movimento de "giro", liberando energia, ou seja, promove a transformação de ADP em ATP. 

Diferença entre o NAD+ e o FAD

- Com o NAD há produção de 2,5 ATPs, já com o FAD, há produção de 1,5 ATPs

Síntese de ATP
Os prótons (H+) são bombeados para o espaço entre as membranas da mitocôndria, que gera um gradiente elétrico (mais cargas positivas), gerando uma energia capaz de sintetizar ATP pelo ADP. 

Na ausência de O2

-glicose ---> 2 piruvato ---> 2 lactato ---> 2 ATPs

-o ciclo de krebs e a cadeia transportadoras de elétrons são interrompidos; não há como descarregar/oxidar os NAD.H e FAD.H2
-lactato vai para o fígado através do sangue e é convertido em piruvato e glicose

Saldo Final: glicose gerou o piruvato que produziu 7 ATPs; o piruvato gerou o acetil Co.A que produziu 5 ATPs; o acetil Co.A foi para a Cadeia Transportadora de Elétrons produzindo 20 ATPs = 32 ATPs!

Explicação:
-na glicólise quando a quebra vem da glicose e não do glicogênio, 2 ATPs são gastos; são produzidos 4 ATPS; há produção de dois NADH, cada um com o valor de 2,5. Ou seja: 4 -2 + 2 x 2,5 = 7 ATPs.
-a transformação de piruvato em Acetil CoA, produz 2 NADH. Ou seja, 2x2,5 = 5 ATPs
-o ciclo de krebs inicia-se com a ligação entre o Acetil CoA e o oxaloacetato; ao término do ciclo, foram produzidos 3 NADH, 1 FADH e 1 GTP. Ou seja: 3 x 2,5 + 1 x 1,5 + 1 = 10. Como foram formados 2 Acetil CoA, multiplica-se esse valor por 2 -> 10 x 2 = 20 ATPs
-Saldo energético: 7+5+20= 32 ATPs

Outras rotas metabólicas dos Carboidratos

* Produção de glicogênio: glicogênese; armazendo principalmente no fígado e músculo; enzima necessita de ATP.

* Degradação de glicogênio: glicogenólise; libera a glicose que vai para o sangue e outras vias;

No fígado: quebra e libera glicose para o sangue

No músculo: quebra e libera glicose, gernado energia

* Gliconeogênese: formação da glicose por outros compostos (aminoácidos, lactato, glicerol dos triglicerídeos, etc...); no sono profundo: 90% no fígado e 10% os rins

Quando sintetizar ou degradar? 

* Fígado:

corpo bem alimentado (muita glicose) > deve sintetizar

corpo em jejum  (pouca glicose) > deve degradar

* Músculo esquelético:

corpo em repouso > deve sintetizar

corpo em exercício > deve degradar

Observação:

Vídeos para compreender melhor o metabolismo dos carboidratos

Glicólise: https://www.youtube.com/watch?v=2wih8fPG7Ik

Ciclo de Krebs / Ciclo do Ácido Cítrico: https://www.youtube.com/watch?v=6H792kcL5pQ

Cadeia Transportadora de Elétrons / Cadeia respiratória / Fosforilação Oxidativa: https://www.youtube.com/watch?v=Fm2Ydd2ArT0