O METABOLISMO DOS CARBOIDRATOS

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REGULAÇÃO DO METABOLISMO CELULAR

As vias metabólicas devem ser coordenadas, de modo que a produção de energia e síntese de produtos finais esteja de acordo com as necessidades das células. Alem disso, as células não funcionam individualmente, mas são parte de um conjunto de tecidos que interagem, tornando necessário um mecanismo de comunicação entre as células de maneira que se coordene as funções do organismo. Os principais sinais regulatórios desse sistema são: hormônios/neurotransmissores e os sinais gerados dentro da célula por sua influencia e a disponibilidade de nutrientes.

SINAIS DE DENTRO DA CÉLULA (INTRACELULARES)

A velocidade de uma via metabólica pode ser controlada através de sinais de dentro da célula, como: disponibilidade de nutrientes e a concentração de certos compostos inibidores ou ativadores alostéricos. Esses sinais possuem normalmente resposta rápida e são importantes para a regulação do metabolismo a cada momento.

COMUNICAÇÃO ENTRE CÉLULAS (INTERCELULAR)

A sinalização entre as células fornece uma integração mais ampla do metabolismo, porem com uma resposta mais lenta que a intracelular. A capacidade de responder a estímulos exteriores foi essencial para a sobrevivência e desenvolvimento dos organismos, porem tornou necessária a comunicação entre as células para obter-se respostas a esses estímulos. Essa comunicação entre as células pode ser obtida através de: junções comunicantes (onde os citoplasmas celulares encontram-se em comunicação direta), Porem para o metabolismo, o principal meio de comunicação é a sinalização química, por hormônios e neurotransmissores.

SISTEMA DE SEGUNDOS MENSAGEIROS

Para concretizar o funcionamento da comunicação entre as células, deve-se obter alterações químicas dentro da célula em resposta a eventos extracelulares, sendo necessário então receptores específicos para comunicação entre eles. Muitos desses receptores sinalizam o reconhecimento de um ligante ao qual está acoplado através do desencadeamento de uma serie de reações intracelulares. Moléculas denominadas “segundos mensageiros” (pois atuam entre o mensageiro original e o efeito dentro da célula) são parte dessa serie de reações que traduz a ligação do hormônio/neurotransmissor em resposta células. Um desses sistemas é o adenilato-ciclase.

O reconhecimento de um sinal químico (hormônio/neurotransmissor) por alguns receptores de membrana irá disparar um aumento/redução na atividade da adenilato-ciclase (enzima ligada a membrana, que converte ATP em 3,5 monofosfato de adenosina – AMPc). Esses receptores caracterizam-se por ter uma região extracelular (onde se acopla o ligante), sete hélices transmembrana e uma região intracelular (que interage com proteínas G). Quando ativado e ocupado pelo ligante não se produz efeito direto sobre o segundo mensageiro, ele é mediado por proteínas triméricas que estão localizadas na membrana celular, as proteínas G (pois se ligam a nucleotídeos de guanosina – GTP e GDP), que formam um elo da cadeia de comunicação entre o receptor e a adenilato-ciclase.

A forma inativa da proteína G liga-se ao GDP, porem quando o receptor é ativado ele interage com proteínas G, disparando a troca de GDP por GTP, causando assim a dissociação da proteína G trimérica em uma subunidade alfa e um dímero beta-gama. A subunidade alfa, ligada ao GTP, move-se do receptor para a adenilato-ciclase, que é então ativada e passa a converter ATP em 3,5 monofosfato de adenosina – AMPc. A capacidade de um hormônio/neurotransmissor de estimular/inibir a adenilato-ciclase depende do tipo de proteína G ligada ao receptor (Gs – estimulante/Gi – inibidor). As ações da proteína G ativada (complexo proteína G-GTP) são de curta duração, pois ela apresenta atividade GTPásica inerente, ou seja, possui uma rápida hidrolise do GTP à GDP, causando a inativação da enzima.

O AMPc, por sua vez, causa a ativação de determinadas enzimas, denominadas proteína-cinase dependentes de AMPc (proteína-cinase A). Essa ativação se da através da ligação do AMPc à suas duas subunidades regulatórias, determinando a liberação das subunidades catalíticas ativas, que por sua vez, catalisa a transferência de fosfato do ATP à resíduos específicos de serina ou treonina de proteínas que funcionam como substrato. As proteínas fosforiladas podem atuar diretamente sobre canais iônicos da célula ou podem tornar-se ativadas ou inibidas. A proteína cinase A também pode fosforilar proteínas especificas, que se ligam a regiões promotoras no DNA, determinando um aumento na expressão de determinados genes. Existem proteína-cinase não dependente de AMPc, como a proteína-cinase C.

O grupo fosfato adicionado a proteínas pela proteína-cinase são removidos pelas proteínas-fosfatases, enzimas que clivam ésteres de fosfato, assegurando que mudanças na atividade enzimática induzidas pela fosforização não sejam permanentes.

O AMPc é rapidamente hidrolisado para 5-AMP (pela fosfodiesterase do AMPc), que não é uma molécula de sinalização intracelular. Desse modo os efeitos dos hormônio/neurotransmissor terminam rapidamente se o sinal extracelular for removido.

VIAS METABÓLICAS

Nas células ocorrem varias reações de forma simultânea, que são organizadas em seqüências multienzimáticas (onde cada enzima possui importantes características reguladoras e catalíticas) denominadas vias metabólicas, em que o produto de cada reação serve como substrato para a reação subseqüente. Quando há uma interação dessas vias formando varias redes de reações integradas temos um metabolismo, que é a soma de todas as mudanças químicas que ocorrem nos organismos e transformam substratos energéticos em energia e novos compostos necessários para o crescimento, desenvolvimento e renovação de tecidos. Tais vias podem ser classificadas em:

CATABÓLICAS: São reações de quebra ou degradação de moléculas complexas em uma pequena variedade de moléculas mais simples com liberação de energia. Têm o propósito de capturar a energia química, obtida através da degradação de moléculas ricas em energia formando assim o ATP. Permite também que moléculas obtidas através da dieta ou armazenadas nas células sejam convertidas em constituintes necessários para a formação de moléculas complexas. Essa via é tipicamente oxidativa e necessita de coenzimas como o NAD. A energia gerada pela degradação dessas moléculas mais complexas