Integração Metabólica:
Introdução
Bioquímica para Enfermagem – Bloco III
Prof. Olavo Amaral
Outubro de 2011
O que é integração
metabólica?
O que é metabolismo?
Por que precisamos de
reações químicas para
manter a vida?
Por que precisamos de reações químicas?
Energia
Manutenção
Crescimento
Reprodução
Por que precisamos de reações químicas?
- Energia
- Crescimento
- Manutenção de estrutura
- Reprodução
- (...)
Todos estes processos requerem
reações metabólicas!
Lavoisier
Por que precisamos de reações químicas?
- Energia
- Crescimento
- Manutenção de estrutura
- Reprodução
- (...)
Todos estes processos requerem
reações metabólicas!
Mas...
- Será que estes requerimentos são
sempre iguais?
Lavoisier
Como o ambiente varia?
Como o ambiente varia?
Como o ambiente varia?
Como o ambiente varia?
Como o ambiente varia?
Por que o metabolismo
tem de responder ao ambiente?
Homeostase
(do grego: ὅμοιος, homoios, "similar"; and ἵστημι,
histēmi, "permanecer“)
- Conceito proposto em 1932 por Walter Cannon,
definido como a propriedade de um sistema de
regular o seu meio interno de forma a manter
uma condição constante, independente das
variações do meio externo.
Ou seja, diversas condições internas tem de
ser mantidas constantes, mesmo que o meio
apresente variações.
Homeostase
- Muitas coisas tem que ser mantidas constantes!
Homeostase
- Muitas coisas tem que ser mantidas constantes!
Variação de temperatura corporal é mínima
Homeostase
- Muitas coisas tem que ser mantidas constantes!
Homeostase
- Muitas coisas tem que ser mantidas constantes!
Níveis normais
de glicose
Regulação metabólica
- Para responder ao ambiente, metabolismo tem de ser
regulado de acordo com ele.
- Regulação constante do metabolismo é fundamental
para a vida!
Como regular?
Como manter
níveis constantes
de glicose no
sangue?
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
- No entanto, nem sempre temos o que precisamos à
disposição, nem podemos comer tudo o que precisamos.
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 do 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 do meio nas substâncias
que o organismo necessita para a sobrevivência, conforme
as necessidades do mesmo.
No entanto, transformar uma coisa em outra nem sempre é
simples!
O que é uma via
metabólica?
O que é uma via metabólica?
Uma sequência de reações químicas que transforma um
substrato em um produto final.
A
B
C
D
E
O que é uma via metabólica?
Uma sequência de reações
químicas que transforma um
substrato em um produto final.
A
Glicose
B
C
D
E
Piruvato
Glicólise
O que é uma via metabólica?
Parece simples...
Mas...
Glicólise
O que é uma via metabólica?
Parece simples...
O metabolismo não é uma linha reta!
Glicólise
Como regular o metabolismo?
Como regular o
metabolismo?
Regulação metabólica
Ocorre através da modulação do fluxo de substâncias
através das diferentes vias metabólicas.
A
B
C
D
E
A
B
C
D
E
Regulação metabólica
Ocorre através da modulação do fluxo de substâncias
através das diferentes vias metabólicas.
A
A
B
B
C
C
D
E
D
E
F
Regulação metabólica
Como regular o fluxo de substâncias por uma via
metabólica?
A
B
C
D
E
Regulação metabólica
Como regular o fluxo de substâncias por uma via
metabólica?
- Concentração de substratos e produtos
- Velocidade de reação
A
A
B
B
C
C
D
D
E
E
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
Como regular uma enzima?
Regulação alostérica
Modificação covalente
- Fosforilação
- Acetilação
- Glicosilação
- Ubiquitinação
- Fucosilação
- Sumoilação
- etc.
Regulação da concentração
Diferentes níveis:
- Transcrição
- Processamento mRNA
- Degradação mRNA
- Tradução
- Processamento proteína
- Degradação proteína
O problema...
- Metabolismo deve ser regulado de forma harmônica nos
diferentes tecidos, ou seja, deve funcionar de maneira
integrada.
O problema...
- Metabolismo deve ser regulado de forma harmônica nos
diferentes tecidos, ou seja, deve funcionar de maneira
integrada.
- Caso contrário...
Como fazer o metabolismo
funcionar de maneira integrada?
Integração metabólica
- Funcionar de maneira integrada significa responder de
maneira integrada ao ambiente!
Integração metabólica
Requisitos:
1. Precisamos de um sensor de que algo mudou no
ambiente.
Integração metabólica
Requisitos:
1. Precisamos de um sensor de que algo mudou no
ambiente.
 Glicose: Célula beta pancreática
Integração metabólica
Requisitos:
1. Precisamos de um sensor de que algo mudou no
ambiente.
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 sanguínea
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
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 :
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!
Integração metabólica
Conceito chave: nada
acontece sozinho!
Integração metabólica
Conceito chave: nada
acontece sozinho!
Se quisermos entender o que está acontecendo com
o corpo, é melhor esquecer os detalhes e tentar
enxergar o todo.
Estado alimentado
Estado alimentado
Estado alimentado
Estado alimentado
Estado de jejum
Estado de jejum
Estado de jejum
Anabolismo e catabolismo
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 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.
Uma ressalva...
- Nada é tão bem definido quando mostram as figurinhas...
- Vias metabólicas não ligam ou desligam: simplesmente
ficam mais ou menos ativas!
Uma ressalva...
- Vias metabólicas opostas estão sempre 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
- 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 meia-idade,
cursa com resistência progressiva à ação da insulina e
múltiplas alterações metabólicas.
Diabetes melitus
- Como o corpo vai responder à deficiência na sinalização
pela insulina?
Diabetes melitus
- Na falta de sinalização por insulina, o metabolismo
tende a funcionar como se estivesse em jejum (mesmo
não estando)!
Diabetes melitus
- Alterações não só na glicose sanguínea, mas no
metabolismo como um todo!
Diabetes melitus
Disfunção multissistêmica
- Sistema endócrino.
- Sistema cardiovascular.
- Sistema nervoso.
- Sistema imunológico.
- etc.
- etc.
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.
Depois do intervalo, algumas
orientações...