Catabolismo: funções e processos catabólicos

O catabolismo engloba todas as reacções de degradação das substâncias no corpo. Além de “desintegrar” os componentes das biomoléculas em suas menores unidades, as reações catabólicas produzem energia, principalmente na forma de ATP .

As rotas catabólicas são responsáveis ​​por degradar as moléculas que provêm dos alimentos: carboidratos , proteínas e lipídios. Durante o processo, a energia química contida nas ligações é liberada para uso em atividades celulares que a exigem.

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Fonte: Por EsquemaCatabolismo.svg: eu; correção de pequenos erros: trabalho derivativo basquette: Gustavocarra (SchemeCatabolismo.svg) [Domínio público], via Wikimedia Commons

Alguns exemplos de vias catabólicas bem conhecidas são: ciclo de Krebs, oxidação beta de ácidos graxos, glicólise e fosforilação oxidativa.

As moléculas simples produzidas pelo catabolismo são usadas pela célula para construir os elementos necessários, usando também a energia fornecida pelo mesmo processo. Esta via de síntese é o antagonista do catabolismo e é chamada anabolismo .

O metabolismo de um organismo engloba reações de síntese e degradação, que ocorrem simultaneamente e de maneira controlada dentro da célula.

Funções

O principal objetivo do catabolismo é oxidar os nutrientes que o corpo utiliza como “combustível”, chamados carboidratos, proteínas e gorduras. A degradação dessas biomoléculas gera energia e resíduos, principalmente dióxido de carbono e água.

Uma série de enzimas participa do catabolismo, que são proteínas responsáveis ​​por acelerar a velocidade das reações químicas que ocorrem na célula.

Substâncias combustíveis são os alimentos que consumimos diariamente. Nossa dieta consiste em proteínas, carboidratos e gorduras que são degradadas pelas vias catabólicas. O corpo preferencialmente usa gorduras e carboidratos, embora em situações de escassez possa recorrer à degradação de proteínas.

A energia extraída pelo catabolismo está contida nas ligações químicas das biomoléculas mencionadas.

Quando estamos comendo qualquer alimento, mastigamos para facilitar a digestão. Esse processo é análogo ao catabolismo, onde o corpo é responsável por “digerir” as partículas no nível microscópico, para que sejam usadas por vias sintéticas ou anabólicas.

Processos catabólicos

As rotas ou caminhos catabólicos incluem todos os processos de degradação da substância. Podemos distinguir três etapas do processo:

– As diferentes biomoléculas encontradas na célula (carboidratos, gorduras e proteínas) são degradadas nas unidades fundamentais que as constituem (açúcares, ácidos graxos e aminoácidos, respectivamente).

– Os produtos do estágio I passam para constituintes mais simples, que convergem em um intermediário comum chamado acetil-CoA.

– Finalmente, este composto entra no ciclo de Krebs, onde continua a oxidar para produzir moléculas de dióxido de carbono e água – as moléculas finais obtidas em qualquer reação catabólica.

Entre os mais proeminentes estão o ciclo da uréia , o ciclo de Krebs, glicólise, fosforilação oxidativa e oxidação beta de ácidos graxos. A seguir, descreveremos cada uma das rotas mencionadas:

O ciclo da uréia

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O ciclo da uréia é uma via catabólica que ocorre nas mitocôndrias e no citosol das células hepáticas. É responsável pelo processamento de derivados de proteínas e o produto final é a uréia.

O ciclo começa com a entrada do primeiro grupo amino da matriz mitocondrial, embora também possa entrar no fígado através do intestino.

O primeiro passo envolve a reacção do ATP, iões de bicarbonato (HCO 3 ) e de amónio (NH 4 + ) em fosfato carbomoyl, ADP e P i . O segundo passo envolve a ligação de fosfato de carbomoyl e ornitina para originar uma molécula de citrulina e P i . Essas reações ocorrem na matriz mitocondrial.

O ciclo continua no citosol, onde a citrulina e o aspartato se condensam em conjunto com o ATP para gerar argininosuccinato, AMP e PP i . O argininosuccinato passa para arginina e fumarato. O aminoácido arginina combina-se com a água para dar ornitina e, finalmente, uréia.

Esse ciclo está interconectado com o ciclo de Krebs porque o metabolito do fumarato participa de ambas as vias metabólicas. No entanto, cada ciclo atua de forma independente.

Patologias clínicas relacionadas a esta via impedem o paciente de comer uma dieta rica em proteínas.

O ciclo de Krebs ou ciclo do ácido cítrico

O ciclo de Krebs é um caminho que participa da respiração celular de todos os organismos. Espacialmente, ocorre nas mitocôndrias de organismos eucarióticos.

O precursor do ciclo é uma molécula chamada acetil coenzima A, que condensa com uma molécula de oxaloacetato. Essa união gera um composto de seis carbonos. Em cada revolução, o ciclo produz duas moléculas de dióxido de carbono e uma molécula de oxaloacetato.

O ciclo começa com uma reação de isomerização catalisada por acônito, onde o citrato passa para cis-aconito e água. Da mesma forma, a aconitase catalisa a passagem de cis-aconitate em isocitrato.

O isocitrato é oxidado em oxalossuccinato pela isocitrato desidrogenase. Esta molécula é descarboxilada em alfa-cetoglutarato pela mesma enzima, isocitrato desidrogenase. O alfa-cetoglutarato passa para a succinil-CoA pela ação da alfa-cetoglutarato desidrogenase.

O succinil-CoA passa para o succinato, que é oxidado em fumarato pela succinato desidrogenase. Posteriormente, o fumarato passa para o l-malato e, finalmente, o l-malato passa para o oxaloacetato.

O ciclo pode ser resumida na equação seguinte: Acetil-CoA + 3 NAD + + FAD + PIB + Pi + 2 H 2 O → CoA-SH + 3 (NADH + H +) + FADH 2 + GTP + 2 CO 2 .

Glicólise

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A glicólise, também chamada glicólise, é um caminho crucial que está presente em praticamente todos os organismos vivos, desde bactérias microscópicas até grandes mamíferos. A rota consiste em 10 reações enzimáticas que degradam a glicose em ácido pirúvico.

O processo começa com a fosforilação da molécula de glicose pela enzima hexoquinase. A idéia deste passo é “ativar” a glicose e prendê-la no interior da célula, pois a glicose-6-fosfato não possui um transportador através do qual possa escapar.

A isomerase de glicose-6-fosfato pega a glicose-6-fosfato e a reorganiza em seu isômero de frutose-6-fosfato. O terceiro passo é catalisado pela fosfofructoquinase e o produto é frutose-1,6-bisfosfato.

Então, a aldolase cliva o composto acima em fosfato de di-hidroxiacetona e gliceraldeído-3-fosfato. Há um equilíbrio entre esses dois compostos catalisados ​​pela triose fosfato isomerase.

A enzima gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase produz 1,3-bifosfoglicerato que é convertido em 3-fosfoglicerato no próximo passo pela fosfoglicerato cinase. A fosfoglicerato mutase altera a posição do carbono e produz 2-fosfoglicerato.

A enolasa pega esse último metabólito e o converte em fosfoenolpiruvato. O último passo da rota é catalisado pela piruvato-quinase e o produto final é o piruvato.

Fosforilação oxidativa

A fosforilação oxidativa é um processo de formação de ATP graças à transferência de elétrons de NADH ou FADH 2 para oxigênio e constitui a última etapa dos processos de respiração celular. Ocorre nas mitocôndrias e é a principal fonte de moléculas de ATP em organismos com respiração aeróbica.

Sua importância é inegável, pois 26 das 30 moléculas de ATP que são geradas como resultado da oxidação completa da glicose em água e dióxido de carbono ocorrem por fosforilação oxidativa.

Conceitualmente, a fosforilação oxidativa acopla a oxidação e síntese de ATP com um fluxo de prótons através do sistema de membrana.

Assim, NADH ou FADH 2 gerado em diferentes rotas, chamado glicólise ou oxidação de ácidos graxos, é usado para reduzir o oxigênio e, a energia livre gerada no processo é usada para a síntese de ATP.

oxidação β de ácidos graxos

A oxidação is é um conjunto de reações que permitem que a oxidação de ácidos graxos produza grandes quantidades de energia.

O processo envolve a liberação periódica de regiões de ácidos graxos de dois átomos de carbono por reação até que o ácido graxo esteja completamente degradado. O produto final são moléculas de acetil-CoA que podem entrar no ciclo de Krebs para oxidar completamente.

Antes da oxidação, o ácido graxo deve ser ativado, onde se liga à coenzima A. O transportador de carnitina é responsável por translocar as moléculas para a matriz mitocondrial.

Após estes passos anteriores, a própria oxidação β começa com os processos de oxidação, hidratação, oxidação por NAD + e tiolise.

Regulamento de Catabolismo

Deve haver uma série de processos que regulam as diferentes reações enzimáticas, pois elas não podem funcionar o tempo todo na velocidade máxima. Assim, as vias do metabolismo são reguladas por vários fatores que incluem hormônios, controles neuronais, disponibilidade de substrato e modificação enzimática.

Em todas as rotas, deve haver pelo menos uma reação irreversível (ou seja, apenas de sentido único) e que direcione a velocidade de toda a estrada. Isso permite que as reações funcionem na velocidade exigida pela célula e impede que as vias de síntese e degradação funcionem ao mesmo tempo.

Os hormônios são substâncias particularmente importantes que atuam como mensageiros químicos. Estes são sintetizados nas várias glândulas endócrinas e liberados na corrente sanguínea para agir. Alguns exemplos são:

Cortisol

O cortisol age para diminuir o aumento de processos de síntese e vias catabólicas no músculo. Este efeito ocorre pela liberação de aminoácidos na corrente sanguínea.

Insulina

Por outro lado, existem hormônios que têm o efeito oposto e diminuem o catabolismo. A insulina é responsável por aumentar a síntese protéica e, ao mesmo tempo, diminuir seu catabolismo. Nesse caso, a proteólise aumenta, o que facilita a saída de aminoácidos para o músculo.

Diferenças com anabolismo

Anabolismo e catabolismo são processos antagônicos que compreendem todas as reações metabólicas que ocorrem em um organismo.

Ambos os processos requerem múltiplas reações químicas catalisadas por enzimas e estão sob rigoroso controle hormonal, capaz de desencadear ou desacelerar certas reações. No entanto, eles diferem nos seguintes aspectos fundamentais:

Síntese e degradação de moléculas

O anabolismo compreende reações de síntese, enquanto o catabolismo é responsável pela degradação das moléculas. Embora esses processos sejam inversos, eles estão conectados no delicado equilíbrio do metabolismo.

Diz-se que o anabolismo é um processo divergente, pois pega compostos simples e os transforma em compostos maiores. Ao contrário do catabolismo, que é classificado como um processo convergente, obtendo pequenas moléculas como dióxido de carbono, amônia e água a partir de moléculas grandes.

As diferentes vias catabólicas pegam as macromoléculas que formam os alimentos e as reduzem aos seus menores constituintes. As vias anabólicas, por outro lado, são capazes de pegar essas unidades e construir moléculas mais elaboradas novamente.

Em outras palavras, a agência precisa “alterar a configuração” dos elementos que compõem os alimentos a serem utilizados nos processos necessários.

O processo é análogo ao popular jogo de legos, onde os principais constituintes podem formar estruturas diferentes com uma ampla variedade de arranjos espaciais.

Utilização de energia

O catabolismo é responsável por extrair a energia contida nas ligações químicas dos alimentos, portanto, seu principal objetivo é a geração de energia. Essa degradação ocorre, na maioria dos casos, por reações oxidativas.

No entanto, não surpreende que as rotas catabólicas exijam a adição de energia em seus passos iniciais, como vimos na via glicolítica, que requer a inversão das moléculas de ATP.

Por outro lado, o anabolismo é responsável por adicionar a energia livre produzida no catabolismo para conseguir a montagem dos compostos de interesse. Tanto o anabolismo quanto o catabolismo ocorrem constante e simultaneamente na célula.

Geralmente, o ATP é a molécula usada para transferir energia. Isso pode difundir para as áreas onde é necessário e quando hidrolisada, a energia química contida na molécula é liberada. Da mesma forma, a energia pode ser transportada como átomos de hidrogênio ou elétrons.

Essas moléculas são chamadas coenzimas e incluem NADP, NADPH e FMNH 2 . Eles agem através de reações de redução. Além disso, eles podem transferir a capacidade de redução no ATP.

Referências

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  2. Curtis, H. & Barnes, NS (1994). Convite para biologia . Macmillan
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  5. Voet, D., Voet, J., & Pratt, CW (2007). Fundamentos de Bioquímica: Vida em nível molecular. Pan-American Medical Ed.

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