Introdução ao Metabolismo
Bioquímica para Enfermagem – Bloco III
Prof. Olavo Amaral
Junho de 2010
O que é metabolismo?
Para responder ao ambiente, metabolismo tem
de ser regulado de acordo com ele!
A constância do meio interno é
condição para a vida independente
Claude Bernard (1813-1878)
Homeostase
(do grego: ὅμοιος, homoios, "similar"; and ἵστημι,
histēmi, "permanecer"; conceito proposto em
1932 por Walter Cannon, definido como a
propriedade de um sistema (vivo) de regular o
seu meio interno de forma a manter uma
condição constante, independente das variações
do meio extermo e da existência de trocas com
este meio externo.
Homeostase
(do grego: ὅμοιος, homoios, "similar"; and ἵστημι,
histēmi, "permanecer"; conceito proposto em
1932 por Walter Cannon, definido como a
propriedade de um sistema (vivo) de regular o
seu meio interno de forma a manter uma
condição constante, independente das variações
do meio extermo e da existência de trocas com
este meio externo.
Ou seja, diversas condições internas tem de
ser mantidas constantes, mesmo que o meio
apresente variações.
Como o meio varia?
Como o meio varia?
Como o meio varia?
Como o meio varia?
Como o meio varia?
Como o meio varia?
- O meio em que os organismos vivem está em
constante variação.
Como o meio varia?
- Ainda assim, muitas coisas tem que ser mantidas
constantes!
Como o meio varia?
- Ainda assim, muitas coisas tem que ser mantidas
constantes!
Níveis normais
de glicose
Como o meio varia?
- Ainda assim, muitas coisas tem que ser mantidas
constantes!
Como o meio varia?
- Ainda assim, muitas coisas tem que ser mantidas
constantes!
Regulação metabólica
- Regulação constante do metabolismo é fundamental
para a vida!
Como regular?
Níveis normais
de glicose
Regulação da ingestão
- Receptores no hipotálamo regulam a sensação de
fome, a partir de substâncias secretadas pelo corpo.
Leptina
Regulação da ingestão
- Receptores no hipotálamo regulam a sensação de
fome, a partir de substâncias secretadas pelo corpo.
Camundongo
normal
Gene da leptina
mutado
Leptina
Regulação da ingestão
Obviamente, nem sempre temos o que precisamos
à disposição.
Regulação metabólica
Diversas substâncias tem de ser produzidas dentro do
corpo, a partir de compostos ingeridos na dieta.
Lavoisier
Metabolismo
Em última análise, nada mais é do que uma maneira de
transformar as substâncias obtidas no meio nas substâncias
que o organismo necessita para a sobrevivência, conforme
as necessidades do mesmo.
Metabolismo
Em última análise, nada mais é do que uma maneira de
transformar as substâncias obtidas no meio nas substâncias
que o organismo necessita para a sobrevivência, conforme
as necessidades do mesmo.
Pode parecer simples, mas... não é.
Regulação metabólica
Ocorre através da modulação do fluxo de substâncias
através das diferentes vias metabólicas.
A
B
C
D
E
Regulação metabólica
Ocorre através da modulação do fluxo de substâncias
através das diferentes vias metabólicas.
A
B
C
D
E
Regulação metabólica
Ocorre através da modulação do fluxo de substâncias
através das diferentes vias metabólicas.
A
B
C
D
E
Regulação metabólica
Ocorre através da modulação do fluxo de substâncias
através das diferentes vias metabólicas.
A
B
C
D
E
Regulação metabólica
Ocorre através da modulação do fluxo de substâncias
através das diferentes vias metabólicas.
A
B
C
D
E
F
Regulação metabólica
O que regula o fluxo de substâncias por vias
metabólicas?
- Concentração de substratos e produtos
- Velocidade de reação
Regulação metabólica
O que regula o fluxo de substâncias por vias
metabólicas?
- Concentração de substratos e produtos
- Velocidade de reação
- Temperatura
- pH
- Enzimas
- Aporte
- Transporte
- Excreção
Regulação metabólica
O que regula o fluxo de substâncias por vias
metabólicas?
- Concentração de substratos e produtos
- Velocidade de reação
- Temperatura
- pH
- Enzimas
!!!
- Aporte
- Transporte
- Excreção
Regulação metabólica
Regulação enzimática
- Competição
- Modulação alostérica
- Modificação covalente
- Compartimentalização
- Clivagem
- Regulação da síntese
- Regulação da degradação
Regulação alostérica
Modificação covalente
- Fosforilação
- Acetilação
- Glicosilação
- Ubiquitinação
- Fucosilação
- Sumoilação
- etc.
Modificação covalente
- Fosforilação
- Acetilação
- Glicosilação
- Ubiquitinação
- Fucosilação
- Sumoilação
- etc.
Regulação da concentração
Diferentes níveis:
- Transcrição
- Processamento mRNA
- Degradação mRNA
- Tradução
- Processamento proteína
- Degradação proteína
Regulação da transcrição
- Genes possuem sequências regulatórias
específicas reconhecidas por fatores de transcrição.
- A ativação de um fator de transcrição pode
aumentar ou reduzir a expressão de inúmeros genes.
Regulação da degradação
Sistema ubiquitina-proteassomo
Regulação enzimática
- Diferentes formas de regulação possuem cursos
temporais diferentes:
- Fosforilação: segundos
- Regulação da síntese protéica: horas
- Para ser rápido e perdurar, um mesmo sinal
regulatório deve agir de diferentes formas.
Regulação enzimática
- Diferentes formas de regulação possuem cursos
temporais diferentes:
- Fosforilação: segundos
- Regulação da síntese protéica: horas
- Para ser rápido e perdurar, um mesmo sinal
regulatório deve agir de diferentes formas.
Regulação enzimática
- Além disso, ação de vários tecidos tem de ser
coordenada!
- Como coordenar a sinalização no corpo inteiro?
Integração metabólica
Requisitos:
1. Precisamos de um sensor de que algo mudou no meio.
Integração metabólica
Requisitos:
1. Precisamos de um sensor de que algo mudou no meio.
 Glicose: Célula beta pancreática
Integração metabólica
Requisitos:
1. Precisamos de um sensor de que algo mudou no meio.
Perigo: sistemas sensoriais
Integração metabólica
Requisitos:
2. Precisamos de algo para sinalizar a mensagem.
Integração metabólica
Requisitos:
2. Precisamos de algo para sinalizar a mensagem.
Aonde queremos que ela chegue?
Sinalização intercelular
- Autócrina: da célula para ela mesma
- Justácrina: da célula para outras em contato direto
- Parácrina: da célula para a vizinhança
- Endócrina: da célula para a corrente sanguína
Sinalização parácrina
Resposta inflamatória local
Sinalização endócrina
 Glicose:  Insulina circulante
Sinalização endócrina
Agindo em múltiplos órgãos, a insulina permite que o
metabolismo ocorra de maneira coordenada
Sinalização endócrina
Integração metabólica
Requisitos :
3. Precisamos que outras células possam receber a
mensagem.
Integração metabólica
Requisitos :
3. Precisamos que outras células possam receber a
mensagem.
Receptor de insulina
Integração metabólica
Requisitos :
3. Precisamos que outras células possam receber a
mensagem.
Receptor ligado a proteína G
(glucagon/adrenalina)
Integração metabólica
Requisitos :
3. Precisamos que outras células possam receber a
mensagem.
Receptor ionotrópico colinérgico
Integração metabólica
Requisitos :
4. Precisamos passar a mensagem para dentro da
célula.
Integração metabólica
Requisitos :
4. Precisamos passar a mensagem para dentro da
célula.
Transdução de sinal do glucagon/adrenalina
Transdução de sinal da insulina
Transdução de sinal
Sinalização intracelular distinta em diversos tecidos
permite respostas diferentes a um mesmo sinal,
possibilitando a regulação!
Transdução de sinal
Além de regulação,
transdução permite
amplificação!
Integração metabólica
Conceito chave: nada
acontece sozinho!
Integração metabólica
Integração metabólica
Integração metabólica
Integração metabólica
Integração metabólica
Corpo funciona “em bloco” no estado alimentado e no jejum!
Estado pós-alimentar
Anabolismo
- Utilização de nutrientes provindos da dieta.
- Transporte de nutrientes para armazenamento.
- Síntese de macromoléculas para armazenamento de
energia.
Estado pós-alimentar
No músculo...
Estado pós-alimentar
No músculo
- Aumento da captação de glicose.
- Utilização de ácidos graxos e glicose como fonte
energética.
- Glicólise e síntese de glicogênio.
- Síntese de proteínas a partir de aminoácidos.
Estado pós-alimentar
No tecido adiposo...
Estado pós-alimentar
No tecido adiposo
- Captação de glicose, ácidos graxos e triglicerídeos
provindos da dieta e do fígado.
- Síntese de ácidos graxos a partir de acetil-CoA.
- Síntese de triglicerídeos a partir de ácidos graxos para
armazenamento.
Estado pós-alimentar
No fígado...
Estado pós-alimentar
No fígado
- Aumento da captação de glicose e glicólise.
- Síntese de glicogênio.
- Síntese de ácidos graxos a partir de acetil CoA.
- Exportação de ácidos graxos para armazenamento no
tecido adiposo.
Estado de jejum
Catabolismo
- Utilização de reservas energéticas do corpo.
- Transporte de nutrientes para órgãos que precisam deles.
- Quebra de macromoléculas em compostos menores, que
por sua vez são oxidados a CO2.
Estado de jejum
No músculo...
Estado de jejum
No músculo
- Diminuição da captação de glicose.
- Utilização de ácidos graxos como fonte energética
(durante o repouso).
- Glicogenólise e consumo de glicose (durante o
exercício).
- Degradação de proteínas para gliconeogênese.
Estado de jejum
No tecido adiposo...
Estado de jejum
No tecido adiposo
- Degradação de triglicerídeos em ácidos graxos.
- Utilização de ácidos graxos como fonte energética.
- Exportação de ácidos graxos para a corrente
sanguínea.
Estado pós-alimentar
No fígado...
Estado pós-alimentar
No fígado
- Degradação de glicogênio.
- Captação de aminoácidos, glicerol, lactato e outros
substratos de gliconeogênese.
- Gliconeogênese e liberação de glicose para o sangue.
- Utilização de ácidos graxos como fonte energética.
- Síntese de corpos cetônicos a partir de ácidos graxos.
Uma ressalva...
- Nada é tão bem definido quando mostram as
figurinhas...
- Vias metabólicas não começam ou param:
simplesmente ficam mais ou menos ativas!
Uma ressalva...
- Schoenheimer & Rittenberg, 1935
- Animais alimentados com dieta com baixo teor de
gorduras, induzindo perda de peso.
- Lipídeos da dieta marcados com radioatividade.
“ Esperávamos que, nestas condições quase toda a gordura ingerida seria
queimada e que relativamente pouco seria depositado. Para nossa surpresa,
descobrimos que, apesar do fato de que os animais tinham perdido peso, uma
grande parte da gordura absorvida foi depositada no tecido adiposo, indicando que
a gordura que foi queimada não foi oxidada diretamente depois de absorvida, mas
havia sido retirada do tecido adiposo.”
Ou seja...
- Vias metabólicas opostas estão funcionando ao mesmo
tempo, ainda que em velocidades diferentes.
- Gera gasto energético, mas permite regulação rápida e
precisa.
Moral da história
- Regulação do metabolismo em resposta a estímulos é
fundamental para a manutenção da homeostase e da
vida do organismo.
Mas...
O que acontece quando a regulação falha?
Disfunção metabólica
Disfunção metabólica
- Diabetes melitus
- Obesidade
- Desnutrição
- Câncer
- Cirrose
- Erros inatos
- etc.
- etc.
- etc.
Disfunção metabólica
- Diabetes melitus
- Obesidade
- Desnutrição
- Câncer
- Cirrose
- Erros inatos do metabolismo
- etc.
- etc.
- etc.
Diabetes melitus
- Deficiência na sinalização por insulina.
- Tipo I : de causa auto-imune, em jovens, cursa com
destruição das células beta do pâncreas e perda da
capacidade de produção de insulina.
- Tipo II : de causa multifatorial, a partir da meiaidade, cursa com resistência progressiva à ação da
insulina e múltiplas alterações metabólicas.
Diabetes melitus
Disfunção multissistêmica
- Sistema endócrino.
- Sistema cardiovascular.
- Sistema nervoso.
- Sistema imunológico.
- etc.
- etc.
Diabetes melitus
Disfunção metabólica global
- Alterações não só na glicose sanguínea, mas no
metabolismo como um todo!
Diabetes melitus
Disfunção metabólica global
- Corpo em “jejum permanente”.
Diabetes melitus
- Entender a doença ajuda a entender a função normal.
- Entender a função normal é fundamental para entender
a doença.
Objetivos do bloco
- Compreender...
-... como a regulação do metabolismo propicia que o
corpo funcione de maneira integrada.
-... como acontece o metabolismo dos ácidos graxos no
estado alimentado e no jejum.
-... como acontece o metabolismo dos aminoácidos no
estado alimentado e no jejum.
-... como os níveis sanguíneos e intracelulares de glicose
e outras substâncias são mantidos constantes.
-... como ocorrem algumas consequências da
desregulação da integração metabólica, como as que
ocorrem no diabetes melitus.
Metodologia de trabalho
- Estudos dirigidos em aula.
- Seminários para apresentação em grupo.
- Prova da unidade.
Bibliografia
- VER (conforme a ementa do curso)
Material didático
- Site constructore – endereço e instruções de uso.
- [email protected]