Rotas metabólicas: tipos e rotas principais

Uma via metabólica é um conjunto de reações químicas catalisadas por enzimas. Nesse processo, uma molécula X é transformada em uma molécula Y, através de metabólitos intermediários. As vias metabólicas ocorrem no ambiente celular.

Fora da célula, essas reações levariam muito tempo e algumas podem não ocorrer. Portanto, cada etapa requer a presença das proteínas catalíticas chamadas enzimas. O papel dessas moléculas é acelerar a velocidade de cada reação no caminho em várias ordens de magnitude.

Rotas metabólicas: tipos e rotas principais 1

Principais rotas metabólicas
Fonte: Chakazul () (Contribs) [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], através do Wikimedia Commons.

Fisiologicamente, as vias metabólicas estão conectadas entre si. Ou seja, eles não são isolados dentro da célula. Muitas das rotas mais importantes compartilham metabólitos em comum.

Consequentemente, o conjunto de todas as reações químicas que ocorrem nas células é chamado metabolismo. Cada célula é caracterizada por exibir um desempenho metabólico específico, que é definido pelo conteúdo de enzimas no interior, que por sua vez é determinado geneticamente.

Características gerais das vias metabólicas

Dentro do ambiente celular, ocorre um grande número de reações químicas. O conjunto dessas reações é o metabolismo, e a principal função desse processo é manter a homeostase do organismo em condições normais e também em condições de estresse.

Assim, deve haver um equilíbrio dos fluxos dos referidos metabólitos. Entre as principais características das vias metabólicas, temos o seguinte:

As reações são catalisadas por enzimas

Os protagonistas das vias metabólicas são enzimas. Eles são responsáveis ​​por integrar e analisar informações sobre o estado metabólico e são capazes de modular sua atividade com base nos requisitos celulares do momento.

O metabolismo é regulado por hormônios

O metabolismo é direcionado por uma série de hormônios, capazes de coordenar reações metabólicas, considerando as necessidades e o desempenho do corpo.

Compartimentalização

Existe uma compartimentalização das vias metabólicas. Ou seja, cada caminho ocorre em um compartimento subcelular específico, chamado citoplasma , mitocôndria , entre outros. Outras rotas podem ocorrer em vários compartimentos simultaneamente.

A compartimentação das rotas ajuda a regular as rotas anabólicas e catabólicas (veja abaixo).

Coordenação de Fluxo Metabólico

A coordenação do metabolismo é alcançada pela estabilidade da atividade das enzimas envolvidas. Deve-se notar que as rotas anabólicas e suas contrapartes catabólicas não são completamente independentes. Em contraste, eles são coordenados.

Existem pontos-chave enzimáticos nas vias metabólicas. Com a taxa de conversão dessas enzimas, todo o fluxo da rota é regulado.

Tipos de vias metabólicas

Na bioquímica, são distinguidos três tipos de principais vias metabólicas. Essa divisão é realizada segundo critérios bioenergéticos: rotas catabólica, anabólica e anfibólica.

Rotas catabólicas

As vias catabólicas abrangem reações de degradação oxidativa. Eles são realizados para obter energia e reduzir o poder, que serão utilizados posteriormente pela célula em outras reações.

A maioria das moléculas orgânicas não é sintetizada pelo organismo. Por outro lado, devemos consumi-lo através dos alimentos. Nas reações catabólicas, essas moléculas são degradadas nos monômeros que as compõem, que podem ser usadas pelas células.

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Rotas anabólicas

As vias anabólicas compreendem reações de síntese química, pegando moléculas pequenas e simples e transformando-as em elementos maiores e mais complexos.

Para que essas reações ocorram, é necessário energia disponível. De onde vem essa energia? Das vias catabólicas, principalmente na forma de ATP .

Dessa maneira, os metabólitos produzidos pelas vias catabólicas (que são chamados globalmente de “conjunto de metabólitos”) podem ser usados ​​nas vias anabólicas para sintetizar moléculas mais complexas que o corpo precisa no momento.

Entre esse conjunto de metabólitos, existem três moléculas-chave do processo: piruvato, acetil coenzima A e glicerol. Esses metabólitos são responsáveis ​​por conectar o metabolismo de diferentes biomoléculas , como lipídios, carboidratos, entre outros.

Rotas anfíbias

Uma rota anfibólica funciona como uma rota anabólica ou catabólica. Ou seja, é uma rota mista.

A rota anfíbola mais conhecida é o ciclo de Krebs. Essa via tem papel fundamental na degradação de carboidratos, lipídios e aminoácidos. No entanto, também participa da produção de precursores para rotas sintéticas.

Por exemplo, os metabólitos do ciclo de Krebs são os precursores de metade dos aminoácidos que são usados ​​para construir proteínas.

Principais vias metabólicas

Em todas as células que fazem parte dos seres vivos , é realizada uma série de vias metabólicas. Alguns destes são compartilhados pela maioria dos organismos.

Essas vias metabólicas compreendem a síntese, degradação e conversão de metabólitos cruciais para a vida. Todo esse processo é conhecido como metabolismo intermediário.

As células precisam permanentemente de compostos orgânicos e inorgânicos, além de energia química, obtida principalmente da molécula de ATP.

O ATP (trifosfato de adenosina) é a forma mais importante de armazenamento de energia de todas as células. E os ganhos e investimentos em energia das vias metabólicas são geralmente expressos em termos de moléculas de ATP.

A seguir, serão discutidas as rotas mais importantes que estão presentes na grande maioria dos organismos vivos.

Glicólise ou glicólise

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Figura 1: glicólise versus gliconeogênese. Reações e enzimas envolvidas.

A glicólise é uma rota que envolve a degradação da glucose em duas moléculas de ácido pirúvico, obtendo-se como duas moléculas de ATP líquidos. Está presente em praticamente todos os organismos vivos e é considerada uma maneira rápida de obter energia.

Geralmente, geralmente é dividido em duas etapas. O primeiro envolve a passagem da molécula de glicose para dois gliceraldeídos, revertendo duas moléculas de ATP. Na segunda fase, são gerados compostos de alta energia e 4 moléculas de ATP e 2 de piruvato são obtidas como produtos finais.

A rota pode continuar de duas maneiras diferentes. Se houver oxigênio, as moléculas terminarão sua oxidação na cadeia respiratória. Ou, na ausência disso, ocorre fermentação .

Gluconeogênese

Gliconeogênese é uma síntese de glicose, a partir de aminoácidos (com exceção de leucina e lisina), lactato, glicerol ou qualquer um dos intermediários do ciclo de Krebs.

A glicose é um substrato indispensável para certos tecidos, como cérebro , eritrócitos e músculos. A ingestão de glicose pode ser obtida através dos estoques de glicogênio.

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No entanto, quando estão esgotados, o corpo deve iniciar a síntese de glicose para atender às demandas dos tecidos – principalmente o tecido nervoso.

Esta via ocorre principalmente no fígado. É vital, pois, em situações de jejum, o corpo pode continuar a obter glicose.

A ativação ou não do caminho está ligada à dieta do corpo. Animais que consomem dietas ricas em carboidratos têm baixas taxas gliconeogênicas, enquanto dietas com baixa glicose requerem atividade gliconeogênica significativa.

Ciclo de glioxilato

Esse ciclo é exclusivo das plantas e de um certo tipo de bactéria . Essa via alcança a transformação de unidades acetil, de dois carbonos, em unidades de quatro carbonos – conhecidas como succinato. Este último composto pode produzir energia e também pode ser usado para a síntese de glicose.

Nos seres humanos, por exemplo, seria impossível sobreviver apenas com acetato. Em nosso metabolismo, a acetil coenzima A não pode ser convertida em piruvato, que é um precursor da via gluconeogenic, porque a reação da enzima piruvato desidrogenase é irreversível.

A lógica bioquímica do ciclo é semelhante à do ciclo do ácido cítrico, com exceção dos dois estágios de descarboxilação. Ocorre em organelas muito específicas de plantas chamadas glioxissomos, e é particularmente importante nas sementes de algumas plantas, como os girassóis.

Ciclo de Krebs

É uma das rotas consideradas centrais no metabolismo dos seres orgânicos, pois unifica o metabolismo das moléculas mais importantes, incluindo proteínas, gorduras e carboidratos.

É um componente da respiração celular e tem como objetivo liberar a energia armazenada na molécula de acetil coenzima A – o principal precursor do ciclo de Krebs. Consiste em dez etapas enzimáticas e, como mencionamos, o ciclo funciona tanto nas vias anabólicas quanto nas catabólicas.

Nos organismos eucarióticos , o ciclo ocorre na matriz das mitocôndrias . Nos procariontes – sem compartimentos subcelulares verdadeiros – o ciclo ocorre na região citoplasmática.

Corrente transportadora de elétrons

A cadeia de transporte de elétrons é formada por uma série de transportadores ancorados em uma membrana. A cadeia tem como objetivo gerar energia na forma de ATP.

As cadeias são capazes de criar um gradiente eletroquímico graças ao fluxo de elétrons, um processo crucial para a síntese de energia.

Síntese de ácidos graxos

Os ácidos graxos são moléculas que desempenham papéis muito importantes nas células, encontradas principalmente como componente estrutural de todas as membranas biológicas. Por esse motivo, a síntese de ácidos graxos é indispensável.

Todo o processo de síntese ocorre no citosol da célula. A molécula central do processo é chamada de co-enzima malonil A. É responsável por fornecer os átomos que formarão o esqueleto de carbono do ácido graxo em formação.

Oxidação beta de ácidos graxos

A oxidação beta é um processo de degradação de ácidos graxos. Isso é alcançado por quatro etapas: oxidação, hidratação, fadiga e oxidação por FAD +. Anteriormente, o ácido graxo precisa ser ativado pela integração da coenzima A.

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O produto das reações acima mencionadas são unidades formadas por um par de carbonos na forma de acetil coenzima A. Essa molécula pode entrar no ciclo de Krebs.

A eficiência energética dessa via depende do comprimento da cadeia de ácidos graxos. Para o ácido palmítico, por exemplo, que possui 16 carbonos, o rendimento líquido é de 106 moléculas de ATP.

Esta rota ocorre nas mitocôndrias eucarióticas. Há também outra rota alternativa em um compartimento chamado peroxissomo .

Como a maioria dos ácidos graxos está localizada no citosol celular, eles devem ser transportados para o compartimento onde serão oxidados. O transporte depende do cartinitan e permite que essas moléculas entrem nas mitocôndrias.

Metabolismo de nucleotídeos

A síntese de nucleotídeos é um evento chave no metabolismo celular, uma vez que estes são os precursores das moléculas que fazem parte do material genético, DNA e RNA , e importantes moléculas de energia, como ATP e GTP.

Precursores da síntese de nucleótidos inclui vários aminoácidos, ribose 5-fosfato, dióxido de carbono e NH 3 . As rotas de recuperação são responsáveis ​​pela reciclagem de bases livres e nucleosídeos liberados a partir da quebra de ácidos nucleicos.

A formação do anel de purina ocorre a partir do fosfato de ribose, torna-se um núcleo de purina e, finalmente, o nucleotídeo é obtido.

O anel de pirimidina é sintetizado como ácido orótico. Seguido pela ligação ao fosfato de ribose 5, é transformado nos nucleotídeos de pirimidina.

Fermentação

As fermentações são processos metabólicos independentes do oxigênio. São do tipo catabólico e o produto final do processo é um metabólito que ainda possui potencial de oxidação. Existem diferentes tipos de fermentação, mas em nosso corpo ocorre a fermentação láctica.

A fermentação láctica ocorre no citoplasma celular. Consiste na degradação parcial da glicose, a fim de obter energia metabólica. Como substância residual, é produzido ácido lático.

Após uma intensa sessão de exercícios anaeróbicos, o músculo não encontra concentrações adequadas de oxigênio e ocorre fermentação láctica.

Algumas células do corpo são obrigadas a fermentar, uma vez que carecem de mitocôndrias, como é o caso dos glóbulos vermelhos.

Na indústria, os processos de fermentação são utilizados com alta frequência, para produzir uma série de produtos para consumo humano, como pão, bebidas alcoólicas, iogurte, entre outros.

Referências

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