Unidade 4 Metabolismo de Carboidratos Introduo Carboidratos C

Unidade 4 – Metabolismo de Carboidratos

Introdução Carboidratos (C, H, O) = nutrientes mais abundantes na natureza e representam a fonte primária de energia para os organismos vivos Ø Solúveis (Extrativo Não Nitrogenado) Monossacarídeos Trioses (C 3 H 6 O 3) Tetroses (C 4 H 8 O 4) Pentoses (C 5 H 10 O 5) Hexoses (C 6 H 12 O 6) Heptoses (C 7 H 14 O 7) Aldoses Gliceraldeído Eritrose Xilose Ribose Arabinose Glicose Galactose Manose - Cetoses Dihidroxiacetona Eritrulose Xilulose Ribulose Frutose Sorbose Sedoheptulose

Dissacarídeos • Sacarose ( -d-glicose 1 -5 -d-frutose) • Lactose ( -d-galactose 1 -4 -d-glicose) • Maltose ( -d-glicose 1 -4 -d-glicose) • Celobiose ( -d-glicose 1 -4 -d-glicose) Trissacarídeos • Rafinose (frutose-glicose-galactose) Polissacarídeos • Amido (amilose, amilopectina) • Glicogênio • Polissacarídeos não amiláceos solúveis - PNAS (arabinoxilanos, galactomananos, galactoglucomananos e galactoglucanos)

Ø Insolúveis FDN - Fibra detergente neutro (celulose + hemi-celulose + lignina) FDA - Fibra detergente ácido (celulose + lignina)

q Monômeros ligados por ligações ß 1 4 Celulose : Polissacarídeo linear formado por moléculas de glicose unidas entre si por ligação ß 1, 4 Monogástricos não produzem enzimas capazes de hidrolisar Enzimas dos microrganismos Digestão microbiana nos cecos e cólon

Amido reserva energética dos vegetais • Amilose cadeia linear. Ligações (1 4) • Amilopectina cadeia ramificada. Ligações (1 4) e (1 6)

Glicogênio reserva de energia dos animais Ramificações: ligações (1 4) e (1 6) Celulose parede celular das células vegetais Cadeia linear de glicose: ligações (1 4) enzimas dos animais vertebrados não hidrolisam fermentação microbiana

FIBRA DETERGENTE NEUTRO (Van Soest & Moore, 1965) PAREDE CELULAR • CELULOSE • HEMICELULOSE • LIGNINA • PECTINA CONTEÚDO CELULAR • AMIDO • AÇÚCARES • PROTEÍNAS • LIPÍDIOS • SAIS MINERAIS • ÁCIDOS NUCLÉICOS

Tipo Nome Fonte MONOSSACARÍDEOS Trioses (C 3 H 6 O 3) Dihidroxiacetona Gliceraldeído Produtos de fermentação e da glicólise. Pentoses (C 5 H 10 O 6) Arabinose Xilose Ribose Hidrólises e arabanos Hidrólises de xilanos Ácidos nucléicos Hexoses (C 6 H 12 O 6) Glicose Manose Galactose Frutose Hidrólise de amino, glicogênio, e maltose. Suco de frutas Leite (hidrólise de lactose) e galactosídeos. Hidrólise de sacarose DISSACARÍDEOS (C 12 H 22012) Sacarose Maltose Trealose Lactose Açúcar de cana, beterraba, etc Amido Cogumelo Leite TRISSACARÍDEOS (C 18 H 32 O 18) Rafinose Gossipose Suco de beterraba Semente de algodão POLISSACARÍDEOS – grupos compostos de cadeias longas de sacarídeos. Amido, glicogênio, celulose, dextrose, pectinas, galactosídeos, entre outras.

DIGESTÃO NÃO RUMINANTES X Digestão Microbiana Digestão Enzimática Digestão Microbiana

BOCA ESTÔMAGO Amilase (PAN) Sacarase (ID) Amilase AMIDO INTESTINO DELGADO Na AMIDO Amilose maltotriose maltose Amilopectina maltotriose GLICOSE Dextrina SACAROSE FRUTOSE Sacarase (ID) Na LACTOSE GALACTOSE Lactase (ID) CELULOSE CELOBIOSE

SGLT 1 (Sodium dependent GLucose Transporter 1) – Transporta a glicose do lúmen intestinal para dentro do enterócito - Cotransporte ativo sódio dependente GLUT 1 – transporta glicose do enterócito para o sangue a favor do gradiente de concentração

Captação de glicose nos tecidos Difusão facilitada – transportadores de glicose (GLUT 1 a 4) GLUT 1 – Alta afinidade pela glicose responsável pelo GLUT 1 – nível basal de glicose atividade não é alterada pela insulina GLUT 1 e GLUT 3 – transporte de glicose para o cérebro GLUT 1 e GLUT 3 – não é dependente de insulina GLUT 2 – Fígado, pâncreas, mucosa intestinal e rins não é GLUT 2 – dependente de insulina GLUT 4 – Transportador de glicose insulino-sensível tecido GLUT 4 – adiposo e muscular

REGULAÇÃO DA GLICEMIA Hormônios: Insulina e glucagon Açúcar no sangue regulado pela Insulina e Glucagon; Glicose alta pâncreas libera insulina Glicose baixa pâncreas libera glucagon Somatostatina – regula liberação de insulina e glucagon

Glicose alta Glicose baixa

Liberação da Insulina • Após detectar excesso de glicose (HIPERGLICEMIA); • Exerce três efeitos principais: • Estimula captação de glicose pelas células; • Estimula a glicogênese; • Estimula armazenamento de aa e ácidos graxos.

GLUCAGON • • Efeito antagônico à insulina; Formado pelas células pancreáticas; Liberado na HIPOGLICEMIA; Função: • Estimula degradação de glicogênio hepático e muscular; • Estimula mobilização de aa e ácidos graxos; • Estimula lipólise.

Metabolismo dos carboidratos Vias catabólicas: 1 - Glicólise aeróbica (piruvato) 2 - Glicólise anaeróbica (ac. láctico) Vias anabólicas: 1 - Glicogênese 2 – Ciclo das pentoses 3 – Cadeia respiratória 4 - Gliconeogênese

Destinos Metabólicos dos Carboidratos Dietéticos Não digerido

Fornecimento de energia : Produção de ATP

GLICÓLISE A oxidação da glicose em ácido pirúvico primeira etapa no catabolismo de carboidratos. Fonte: Tortora, G. J. 8ª ed. ; 2006

Fosforilação da glicose Reação catalisada pela enzima hexoquinase nos tecidos e pela glicoquinase no fígado, é irreversível Hexoquinase alta afinidade (baixo Km), baixa Vm e é inibida pelo produto Glicoquinase menor afinidade (alta Km), alta Vm e é não inibida pelo produto Fosforilação da glicose impede saída da célula molécula carregada negativamente impossível atravessar passivamente a membrana celular

Indução e repressão da síntese Insulina Glucagon (Stryer, 2004)

Produção de acetil-Co. A a partir do piruvato

Ciclo de Krebs • Sinônimos: Ciclo dos ácidos tricarboxílicos Ciclo do ácido cítrico • Conceito: Via catabólica cíclica de oxidação total da glicose a CO 2 e H 2 O, com liberação de ENERGIA Só ocorre em condições aeróbicas • Conhecido como RESPIRAÇÃO CELULAR.

Ciclo de Krebs • São liberados vários H+, que são capturados pelos NAD e FAD, transformando-se em NADH e FADH 2; • Ocorre liberação de energia resultando na formação de ATP

Cadeia Transportadora de Elétrons • Ocorre nas cristas mitocondriais; • Também chamado Fosforilação Oxidativa; • Sistema de transferência de elétrons provenientes do NADH e FADH 2 até a molécula de O 2 • O elétron “pula” de um citocromo para outro até chegar no O 2, ocorrendo liberação de energia convertida em ATP

CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS A CTE é a convergência final de todas as vias de degradação oxidativa Formada por uma série de oxirredutases organizadas em complexos protéicos na membrana interna da mitocôndria possibilita a regeneração do NAD+ e do FAD O 2 que se reduz a H 2 O A energia livre disponibilizada pelo fluxo de e- criado é acoplado ao transporte contracorrente de prótons através da membrana interna da mitocôndria, conservando parte desta energia como potencial eletroquímico transmembrana O fluxo transmembrana de prótons “de volta” a favor de seu gradiente de concentração através dos poros protéicos específicos fornece energia livre para a síntese de ATP

CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS Energia potencial química NADH FADH 2. Co. Q 52 kcal Cit bb Cit cc 1 ½ O 2 + 2 H Cit aa 3 H 2 O Progressão ao longo da cadeia de transporte de elétrons

CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS 2 e- 2 e 2 e- + 2 H+

Fosforilação Oxidativa A transferência de elétrons pela CR é energeticamente favorável, pois o NADH é um forte doador de elétrons e o Oxigênio é um ávido aceptor. No entanto, o fluxo de elétrons através da CR não resulta diretamente em síntese de ATP. • O evento primário na Fosforilação Oxidativa é a translocação de prótons H+ gerados pela oxidação para fora da membrana mitocondrial interna. A membrana é impermeável a íons, isso gera um potencial químico (diferença de p. H) e um potencial elétrico de 0, 14 volts.

Esta diferença de potencial eletroquímico é usado para ativar uma enzima ATP-sintase localizada na membrana.

• Desidrogenases geram NADH+H+ e FADH 2 que, na cadeia respiratória, geram uma corrente elétrica capaz de fazer transporte ativo de prótons para o espaço intermembrana da mitocôndria. • A energia contida nas moléculas combustíveis (glicose, ácidos graxos) é transferida aos prótons que, durante sua reentrada na mitocôndria, permitem a síntese de ATP.

Obtenção de energia pelo organismo animal

Glicogênese • Ocorre em todos os tecidos, mais proeminente no fígado e músculo; • Fígado armazena glicogênio para enviar glicose, pelo sangue aos outros tecidos, quando necessário; • O músculo armazena apenas para consumo próprio, só utiliza durante o exercício quando há necessidade de energia rápida.

Glicogênese Glicogenina ou fragmento de glicogênio Sintase iniciadora do glicogênio Sintase do glicogênio Glicosil (4: 6) transferase

Glicogênese Fosfoglicomutase Glicose-1 -fosfato Glicose-6 -fosfato Glicogênio sintase Uridina difosfato glicose

Glicogênese no músculo

VIA DAS PENTOSES • Via alternativa de oxidação das hexoses, independente da glicólise • Via citoplasmática, anaeróbica ocorrendo no fígado, glândulas mamárias, tecido adiposo e nas hemácias • As funções principais são: produção de NADPH e ribose 5 -P.

Metabolismo de carboidratos durante o repouso Estoques de Glicogênio muscular são preservados para o uso durante alta atividade muscular esquelética. Os estoques de Glicogênio Hepático são encarregados de manter a Glicemia entre as refeições CÉREBRO SNC Células Sangüíneas e os rins

Metabolismo de carboidratos no jejum Insulina Glucagon Período de privação Troca de substratos entre fígado, catabólico tec. adiposo, músculos e cérebro Objetivo 1 – manter glicemia 2 – mobilização de ác. graxos do tecido adiposo e corpos cetônicos do fígado

Estado inicial do jejum Após período absortivo Glicose sangüínea insulina / glucagon Gliconeogênese glicogenólise 4 horas após a refeição Glicose derivada da glicogenólise é liberada para o sangue Captação reduzida de glicose pelo músculo e adipócitos (Stryer, 2004)

Manutenção obtida através de 3 fatores principais 1) mobilização de glicogênio e liberação de glicose pelo fígado 2) Liberação de ac. graxos 3) Utilização de ac. graxos pelo músculo e pelo fígado v Fígado não absorve glicose diretamente do sangue v Glicose recém-sintetizada é usada para repor glicogênio

Jejum prolongado Alterações no 1º dia de jejum = jejum noturno Processos metabólicos dominantes - Mobilização de TAG (lipólise) - Gliconeogênese [Acetil Co. A] e citrato inibe glicólise Músculos diminui captação de glicose passando a utilizar ác. graxos Proteólise gliconeogênese

Gliconeogênese Via anabólica que ocorre no fígado e, excepcionalmente no córtex renal, que é responsável pela síntese de glicose a partir de fontes que não são carboidratos. Substratos: lactato, piruvato, glicerol e alfa-cetoácidos

Jejum prolongado Após 3 dias de inanição Cérebro corpos cetônicos liberados no sangue Usam o acetoacetado como fonte de energia Coração Várias semanas de inanição Cérebro corpos cetônicos principal fonte energética Corpos cetônicos podem atravessar barreira hemato-encefálica

Jejum prolongado : Cetogênese Corpos cetônicos sintetizados nas mitocôndrias dos hepatócitos a partir do excesso de acetil-Co. A aumento da lipólise e desvio do oxaloacetato do CK para a gliconeogênese sangue Tecido muscular Tecido nervoso

Jejum prolongado Diminuição da degradação protéica Utilização de 40 g de glicose X 120 g no início do jejum Tempo de sobrevivência depende do depósito de TAG Terminado as reservas de TAG proteólise Perda da função cardíaca, hepática e renal morte

Interações metabólicas