Metabolismo e Endocrinologia

Metabolismo e Endocrinologia
Teórico-Prática: 2
Tema: Metabolismo e Regulação
Data: 06/04/2011
1. Indique detalhadamente quais os principais destinos metabólicos da glicose
ingerida na refeição hiperglicídica.
A glicose após ingerida pode ser convertida em inúmeros compostos, no entanto são de
salientar as seguintes vias metabólicas:
1 – Glicogénese, que leva à produção de glicogénio. Este processo dar-se-á ao nível do
fígado e músculos sendo vital para a manutenção da glicemia e permitir, no caso do músculo,
uma rápida mobilização de energia quando necessária.
2 – A glicólise, que origina o ácido pirúvico. Este é um processo generalizado pelas células
do organismo sendo no entanto de salientar a sua grande importância ao nível das células
cerebrais e dos eritrócitos (totalmente dependentes da glicose para produção de energia).
3 – A via das fosfopentoses. Esta é uma via alternativa para a produção de energia a partir
da glicose e pode ser responsável por até 30% da degradação da glicose no fígado e ainda mais
que isso nas células adiposas.
2. Na síntese do palmitato, identifique a origem dos precursores metabólicos
utilizados e do poder redutor necessário.
A síntese do palmitato dá-se a partir do acetil-CoA e envolve o complexo ácido gordo
sintetase, no qual se darão todas as actividades enzimáticas abaixo. Para estas é essencial a
proteína transportadora de acilos (ACP).
Numa primeira fase, dão-se as seguintes reacções:
… sendo que a estequeometria de síntese do Malonil-CoA a partir do Acetil-CoA (1) é:
A primeira reacção é o ponto de regulação da via, pois a enzima acetil-CoA carboxilase é
constituída por uma longa cadeia de unidades monoméricas, as quais individualmente se
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encontram inactivas. Os compostos produzidos nas duas reacções seguintes: Malonil-ACP e
Acetil-ACP serão então os substratos para a síntese do palmitato, a qual se dará pela série de
reacções abaixo indicadas, em que o processo se repete para as 6 primeiras etapas sete vezes
de forma a gerar o palmitoil-ACP. A formação do palmitato a partir do malonil-CoA segue:
… conduzindo então à seguinte reacção global do processo:
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3. Descreva a síntese de triacilgliceróis.
A síntese de triacilgliceróis é
dependente das etapas da glicólise e da
degradação de acilgliceróis na medida em
que muitos dos compostos provenientes
dessas etapas são peças chave nesta
síntese. A primeira etapa desta síntese
envolve a formação do glicerol-3-fosfato e
para que tal ocorra é necessária uma
molécula de di-hidroxiacetona-fosfato que
é gerada na glicólise ou uma molécula de
glicerol livre obtida na hidrólise de outros
acilgliceróis, dando-se então a sua
formação pelas relações indicadas na
figura à esquerda.
Terminada esta etapa inicial, dar-se-á uma sequência de reacções que através da formação
sequencial de compostos intermediários, culminará na síntese do triglicerol.
Primeiramente é, no entanto, necessária a
síntese de Acil-CoA a partir dos ácidos gordos e
da CoA, com recurso a ATP. Dá-se então uma
dupla acilação da molécula de glicerol-3-fosfato
com a formação transitória entre estas de ácido
lisofosfatídico e no fim destas de ácido
fosfatídico.
Seguidamente, o ácido fosfatídico é
convertido em 1,2-diacilglicerol por perda do
grupo fosfato. Irá então ocorrer a acilação deste
último, formando-se o triacilglicerol.
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4. Explique a diferença de resultados entre os dois tipos de refeição (Ver gráfico).
Analisando o gráfico verificamos que nas medições realizadas anteriormente à refeição,
bem como nas que se realizaram após 3 horas da ingestão de alimentos, os níveis de
triacilgliceróis no sangue são semelhantes. No entanto, verifica-se uma grande discrepância na
medição intermédia. Tal facto deve-se à interconversão de moléculas que ocorre no interior do
nosso organismo e que possibilita a formação de triacilgliceróis a partir da glicose. Como tal,
para a refeição hiperlipídica verificar-se à que após absorção de nutrientes os níveis de
triacilgliceróis são altos, o que obviamente não acontece com a outra refeição visto que essa é,
sim, rica em glícidos. No entanto, na sequência do mecanismo referido em (3) após algum
tempo o excesso de glicose derivado do catabolismo glicídico é convertido parcialmente em
triacilgliceróis, explicando assim o aparecimento tardio do pico no gráfico da concentração
destes também para essa refeição.
5. Quais as lipoproteínas representadas na figura? Relacione o esquema com os
resultados do protocolo experimental descrito.
A – Quilomicra
B – Quilomicra remanescentes
C – HDL
D – VLDL
E – IDL
F – LDL
Após uma refeição verificar-se-á uma ingestão de lípidos acentuada ou não, pelo que
conforme esse valor será necessária uma resposta adequada do organismo. Os quilomicra irão
ver a sua formação aumentada ou não, em consonância, e irão transferir os lípidos até à
corrente sanguínea. Os quilomicra vão então ser rapidamente catabolisados, sendo os
triglicéridos constituintes hidrolisados pela lipoproteína lipase (LPL). A partir daí, os até aí
constituintes dos quilomicra podem ser transportados por via das HDL, as quais ainda irão
recolher excessos de colesterol a outras células do organismo antes de chegarem ao fígado ou
serem transportados directamente até ao fígado pelos quilomicra remanescentes. Conforme o
nível de colesterol presente em circulação e a quantidade de outras gorduras ingeridas, o
fígado irá então agir em consonância, verificando-se um aumento de produção de colesterol
sintetizado no caso de ingestão de gorduras saturadas (ao invés das insaturadas – que por
motivos ainda desconhecidos estão associados a um decréscimo da produção de colesterol) e
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no caso de haver um défice deste no organismo. O colesterol produzido no fígado chegará
posteriormente às células-alvo através das lipoproteínas de baixa densidade, uma vez que as
VLDL, tal como os quilomicra, serão rapidamente catabolizadas e são percursoras das IDL que
por sua vez darão origem às LDL. De notar, então, que as LDL estão associadas ao mau
colesterol, pois embora este seja muito importante na síntese de algumas hormonas e na
formação de membranas, o excesso é extremamente prejudicial à saúde.
Espera-se então uma maior influência da refeição hiperlipídica nos níveis usuais da maioria
destas lipoproteínas. Contudo, tal como já referido também a refeição hiperglicídica terá
influência nestas.
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6. Poderá a concentração sanguínea de colesterol estar aumentada na sequência
das refeições descritas? Justifique.
Sim, uma vez que um aumento da quantidade diária de colesterol ingerido eleva
ligeiramente a sua concentração plasmática, embora o organismo tenha tendência com o
tempo a regularizar esta situação devido a um mecanismo de feedback negativo por inibição
da enzima mais importante na sua síntese: a 3-hidroxi-3-metilglutaril-CoA. Por outro lado,
dietas com muitas gorduras saturadas levarão, devido a um aumento de deposição de gordura
no fígado e por isso de acetil-CoA fornecido às células hepáticas, a um consequente aumento
da quantidade de colesterol sintetizado e por isso a um aumento da sua concentração sérica.
Devido à formação de triglicéridos a partir da glicose, ambas as refeições poderão assim
influenciar o nível de colesterol em circulação, aumentando-o.
7. Explique a evolução da concentração sanguínea de ureia no seguimento de
diferentes refeições.
A evolução da concentração de ureia inicialmente é muito semelhante para ambas as
refeições pois o indivíduo encontrava-se em jejum anteriormente à refeição, pelo que
enquanto os nutrientes provenientes da refeição não forem absorvidos ao nível do intestino a
concentração sanguínea continuará a descer muito ligeiramente, uma vez que não há um
aumento da síntese de ureia. No entanto, verifica-se que a refeição hiperlipídica (pizza) possui
uma quantidade superior de proteínas do que a refeição hiperglicídica pelo que a síntese de
ureia será superior no caso da pizza, uma vez que o catabolismo proteico estará aumentado
face à outra refeição (massa). Está assim explicado o maior declive entre o ponto intermédio e
o ponto final no gráfico para o caso da refeição hiperlipídica.
8. Descreva detalhadamente o ciclo da ureia. Qual é a sua utilidade metabólica
essencial?
O ciclo da ureia tem vital importância ao
nível do metabolismo do nosso organismo,
sendo que é através dele que o amoníaco
(extremamente tóxico para o organismo)
formado na sequência do catabolismo proteico
é eliminado do nosso organismo.
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O ciclo realiza-se em 5 etapas e inicia-se ao nível da mitocôndria, embora 3 etapas ocorram
no citosol. Essencialmente, a arginina é clivada pela enzima arginase, gerando ureia e ornitina
e em reacções subsequentes do ciclo da ureia um novo resíduo de ureia é produzido a partir
da ornitina, regenerando a arginina e perpetuando dessa forma o ciclo.
A ornitina formada no citosol é transportada para a matriz mitocondrial, onde a ornitina
transcarbomilase cataliza a condensação entre a ornitina e o carbamoil-fosfato (CP),
produzindo citrulina. De salientar aqui o facto de ser necessária a formação prévia do
carbamoil-fosfato, a qual requer 2 moléculas de ATP e uma enzima mitocondrial: carbamoilfosfatase-sintetase-I (CPS-I). A citrulina é então transportada para o citosol onde irão decorrer
as restantes reacções do ciclo.
Na reacção seguinte (de 2 passos) a citrulina e o aspartato são condensados para formar
argininosuccinato, sendo isso possível devido a formação de um composto intermediário
(AMP-citrulina) por reacção da citrulina com ATP.
Dá-se então a clivagem da argininosuccinato em arginina e fumarato e na fase final do ciclo
dar-se-á de novo a clivagem da arginina originando uma nova molécula de ureia e de ornitina
que poderá ser transportada para a matriz mitocondrial para se iniciar uma nova ronda do
ciclo.
Fazendo a contabilidade começando e acabando na molécula de ornitina, as reacções do
ciclo consomem 3 moléculas de ATP e 4 nucleótidos fosfatados altamente energéticos. No
entanto, a ureia é o único novo composto gerado pelo ciclo uma vez que todos os outros são
reciclados, pelo que a energia consumida no ciclo é mais do que recuperada na libertação da
energia armazenada nos compostos intermediários do ciclo.
9. Como espera encontrar a glicemia ao longo destes diferentes pontos temporais
da experiência acima descrita? Justifique.
É esperado que devido ao facto de o índice glicémico dos alimentos ricos em lípidos ser
inferior ao índice glicémico de alimentos hiperglicídicos (mesmo caso os polissacáridos sejam
complexos) a taxa de variação de glicemia por unidade de tempo seja superior para o segundo
caso, além de que se espera observar um pico intermédio no gráfico. Este facto deve-se aos
lípidos reduzirem a velocidade de esvaziamento gástrico.
Assim sendo, espera-se que para a refeição hiperlipídica a glicemia vá progressivamente
aumentando, verificando-se que no período 3 atinge o seu valor mais alto (embora não seja
muito elevado). Por outro lado, espera-se que o máximo relativo da glicemia para a refeição
hiperglicídica seja verificado na medição intermédia e seja superior ao máximo relativo da
outra refeição, começando a glicemia a decrescer a partir daí.
10. Numa experiência independente, quantificaram-se as concentrações
plasmáticas de glicose e de insulina ao longo de um dia normal de actividade e de
alimentação em 10 voluntários.
a) Interprete os resultados obtidos.
A insulina é uma das hormonas responsáveis pela manutenção da glicemia dentro dos
parâmetros fisiológicos, uma vez que promove a entrada de glicose nas células e consequente
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redução da glicemia. A concentração de glicose é de extrema importância para o organismo
uma vez que entre, outras razões, a glicose é a única fonte de energia no cérebro e este
consome cerca de 75% da glicose do organismo. Assim sendo, há grande correlação entre a
quantidade de glicose em circulação e de insulina. Os gráficos são pois de fácil interpretação: a
seguir a uma refeição, a glicose é absorvida para a corrente sanguínea e há um aumento da
produção de insulina, enquanto que no período entre absorção de nutrientes, com especial
destaque para os momentos de maior esforço físico (maior necessidade de consumo de glicose
para produção de energia) também a quantidade de insulina em circulação diminui.
b) Como espera encontrar a concentração da hormona glicagina ao longo do dia?
Justifique.
Uma vez que a glicagina tem um efeito antagónico ao da insulina, pelos mesmos motivos
que há necessidade de diminuir a quantidade de insulina em circulação há necessidade de
aumentar a quantidade de glicagina e vice-versa, pelo que se espera verificar uma variação
simétrica à da insulina.
11. Para complementar esta experiência, as refeições diárias de um outro
voluntário foram enriquecidas com glicose contendo o isótopo 13C na posição C1. Foi
assim possível semi-quantificar a acumulação do glicogénio no fígado ao longo das
24 horas da experiência, utilizando espectroscopia de ressonância magnética nuclear
(NMR) para [1-13C]Glicogénio.
a) Interprete este resultado, correlacionando-o com os resultados na figura.
Tal como esperado, após as refeições a quantidade de glicose em circulação aumenta,
conduzindo dessa forma pelo mecanismo de regulação por feedback negativo a um aumento
da necessidade de síntese de glicogénio, a fim de manter a glicemia dentro de níveis
fisiológicos. Assim, refeições que conduzam a maior ingestão de glicose levam a maior síntese
de glicogénio e devido ao facto de durante o sono haver um menor consumo de energia, há
menor consumo de glicose. Desta forma, o máximo absoluto de glicogénio verificar-se-á em
período nocturno, havendo de seguida uma grande diminuição da quantidade de glicogénio
armazenada no fígado devido ao grande período que decorre até uma nova refeição.
b) Se neste indivíduo fosse realizada espectroscopia-NMR para 13C1 em áreas
contendo músculo esquelético ou tecido adiposo, esperava encontrar sinal?
Justifique.
Sim, pois também nestes tecidos se verifica o armazenamento de compostos derivados da
glicose, quer em termos de glicogénio (nos músculos) quer sob a forma de triglicéridos (no
tecido adiposo).
Qualquer dúvida/erro encontrado estejam à vontade de dizer para eu corrigir.
Sites utilizados como fonte de informação complementar ao Guyton, Harper e
Dispositivos dos professores:
http://users.med.up.pt/ruifonte/PDFs/PDFs_arquivados_anos_anteriores/20072008/2G02_oxidacao_em_beta.pdf
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http://themedicalbiochemistrypage.org/nitrogen-metabolism.html
http://www.bioq.unb.br/htm/textos_explic/sint_ac_grax.htm
http://www.slideshare.net/julianafel/colesterol-1488167
http://users.med.up.pt/ruifonte/PDFs/2010-2011/G20102011/2G02_Sintese_de_AGordos_e_triacilglicerois.pdf
http://met.fzu.edu.cn/cai/shenghua/resource/biochem/ch18/c18pba.htm
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