Bioquímica Essencial: Inibidores, Metabolismo e Vias Energéticas

Inibidores Enzimáticos e Regulação

Tipos de Inibidores Enzimáticos

• Inibidores: Diminuem a atividade enzimática e provocam alterações significativas no metabolismo. Dividem-se em:
  • Naturais: Presentes nas células, com papel regulador das reações.
  • Exógenos: Estranhos às células, de forma acidental ou intencional.
• Inibidores Irreversíveis: Reagem quimicamente com as enzimas, formando um complexo estável que ocupa o sítio catalítico, levando à perda da atividade enzimática.
• Inibidores Reversíveis: Dividem-se em:
  • Competitivos: Competem pelo substrato pelo mesmo sítio ativo da enzima. Na presença de um inibidor competitivo, a velocidade máxima (Vmax) da reação não é alterada, mas a reação demora mais para atingir essa velocidade. O Km é afetado, pois a afinidade entre o substrato e a enzima diminui.
  • Não Competitivos: Ligam-se a um sítio diferente da enzima. O inibidor não competitivo (INC) age como se houvesse uma concentração menor de enzima, pois a velocidade da reação enzimática é diretamente proporcional à concentração de enzimas ativas. O ponto de ligação em INC pode ser a cadeia lateral -OH de um aminoácido como a serina.

Exemplos de Inibidores e Aplicações

• As sulfanilamidas são usadas no combate a infecções bacterianas.
• Compostos organofosforados reagem com a serina. A iodoacetamida, por sua vez, reage com grupos -SH.
• Ciclo-oxigenase-OH (ativa a enzima) e Ciclo-oxigenase-O-C=O-CH3 (desativa).
• Antibióticos como a penicilina ligam-se à parede da bactéria, inibindo-a. Sem a parede celular, as bactérias sofrem lise.
• Antimetabólitos ou Análogos de Substratos: Possuem fórmula estrutural semelhante aos substratos naturais.
  • Ocorrem naturalmente em plantas venenosas (ex: fluoroacetatos).
  • Utilizados contra o vírus Herpes (ex: acicloguanosina incorporada pela DNA polimerase viral no lugar da guanosina).
  • Presentes em quimioterápicos (ex: citosina arabinosídeo incorporado no DNA no lugar da citosina).

Regulação da Atividade Enzimática

• Zimogênios: São formas inativas de enzimas que, para serem ativadas, necessitam da quebra de uma ligação peptídica (ex: pepsina e quimiotripsina).
• Cofatores: Geralmente são íons metálicos (gerais: Ca²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺; específicos: Fe²⁺, Cu²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺), frequentemente de metais de transição ou alcalino-terrosos.
• Coenzimas: (ex: NAD⁺ e FAD) são moléculas de origem orgânica (geralmente derivadas de vitaminas) que atuam como transportadores de determinados grupos químicos.
• Vitaminas: São precursores de coenzimas. Dividem-se em:
  • Lipossolúveis: A, D, E e K.
  • Hidrossolúveis: Complexo B e Vitamina C. NAD⁺ e FAD, por exemplo, têm origem no Complexo B.

Metabolismo e Vias Energéticas

Conceitos Fundamentais do Metabolismo

• Metabolismo: Conjunto de reações bioquímicas sequenciais com o objetivo de produzir energia ou substâncias específicas para o organismo. Divide-se em:
  • Catabolismo: Processo de oxidação exergônica no qual nutrientes e constituintes celulares são degradados para aproveitamento de seus componentes ou geração de energia.
  • Anabolismo: Processo pelo qual biomoléculas são sintetizadas a partir de componentes mais simples, consumindo energia.
• Tipos de Organismos quanto à Formação de Energia: Fototróficos e Quimiotróficos.
• Autótrofos: Realizam o processo de fotossíntese, liberando O₂ e produzindo compostos orgânicos (macronutrientes) que são ingeridos pelos heterotróficos.

O ATP e sua Importância Energética

• ATP (Adenosina Trifosfato): As ligações fosfoanidrido possuem alta energia livre de hidrólise.
• Elevado Potencial de Transferência de Grupos Fosfato do ATP: Explicado por várias razões:
  • Repulsão eletrostática mútua entre as quatro cargas negativas do ATP.
  • Estabilização por ressonância do ADP, que é mais estável que o ATP.
• Aproveitamento do ATP:
  • Químico: Biossíntese de moléculas.
  • Mecânico: Contração muscular.
  • Elétrico: Estímulos nervosos.
  • Osmótico: Transporte ativo através da membrana.
  • Luminoso: Bioluminescência.
• Importância do ATP: Armazenar e transferir energia para uso posterior nos processos metabólicos.
• Propósito da Transferência de Grupos Fosfato nas Reações: Viabiliza termodinamicamente rotas sintéticas intermediárias.
• Regeneração do ATP: Pode ser regenerado por dois mecanismos principais:
  • Fosforilação em Nível de Substrato: Geração de ATP diretamente de um substrato fosforilado, fornecendo energia para a reação.
  • Fosforilação Oxidativa: Geração de ATP a partir da energia liberada na cadeia transportadora de elétrons.

Aspectos Termodinâmicos das Reações

• Síntese da Glicose-6-Fosfato:
  • Glicose + Pi → Glicose-6-Fosfato + H₂O (Reação não favorável termodinamicamente).
  • Glicose + ATP → Glicose-6-Fosfato + ADP (Reação favorável, com energia livre negativa).
• Transferência de Grupo Fosfato:
  • A + B → AB (Reação desfavorável).
  • A + ATP → AP + ADP (Reação favorável, acoplada ao ATP).
  • AP + B → AB + P (Reação favorável).
• Vias Metabólicas: São geralmente irreversíveis (altamente exergônicas), ocorrendo até o final. Isso garante que toda a via seja irreversível.
• Se A → B é favorável, mas B → A não é favorável, a regulação metabólica pode ocorrer pela inibição da enzima que catalisa A → B.

Vias de Oxidação da Glicose e Outras Rotas

Oxidação da Glicose

• A glicose é o principal substrato oxidável para a maioria dos organismos (via catabólica).
• Todas as células oxidam glicose a piruvato para obter ATP. O piruvato pode ser oxidado a CO₂, aumentando significativamente a produção de ATP.
• As coenzimas que recebem os prótons (H⁺) e elétrons (e⁻) produzidos na oxidação da glicose são NAD⁺ e FAD.
• Esquema de Oxidação da Glicose: Divide-se em três fases principais:
  1. Glicólise: Quebra da glicose (6 carbonos) em duas moléculas de piruvato (3 carbonos), com consumo inicial de ATP. Na glicólise, são fornecidos dois fosfatos do ATP (2 ATPs) para formar uma molécula em condição de ser quebrada (lise), resultando em duas moléculas de gliceraldeído-3-fosfato.
  2. Descarboxilação Oxidativa do Piruvato: Conversão do piruvato em acetil-CoA, com perda de carbono (CO₂).
  3. Ciclo de Krebs (Ciclo do Ácido Cítrico): Oxidação completa do acetil-CoA a CO₂.

Fermentação e Glicogenólise

• Em organismos como leveduras e algumas bactérias, a regeneração do NAD⁺ é feita por enzimas como a descarboxilase e a álcool desidrogenase (na fermentação alcoólica).
• O piruvato pode ser convertido a lactato, etanol, propionato e butirato. Essas conversões regeneram NAD⁺, resultando nas fermentações láctica, alcoólica, propiônica e butírica, respectivamente.
• A transformação da glicose em lactato (fermentação láctica) ocorre quando as células musculares estão com pouco oxigênio, oferecendo uma maneira de gerar ATP em condições de deficiência de oxigênio.
• Glicogenólise: Consiste na clivagem sequencial do glicogênio a partir das extremidades não redutoras das ramificações. O glicogênio é uma forma compacta de armazenamento de energia.

Gliconeogênese e Outras Vias

• A alanina é um dos aminoácidos mais importantes convertidos em intermediário glicolítico na gliconeogênese. No jejum, a alanina e outros aminoácidos (α-as) presentes nas proteínas musculares são liberados. No fígado, a alanina sofre transaminação para gerar piruvato. Esse mecanismo é conhecido como Ciclo Glicose-Alanina.
• Inibição da Gliconeogênese pelo Etanol: Em indivíduos subalimentados, o etanol pode causar hipoglicemia. Esse efeito é causado no fígado pelo excesso de NADH, que bloqueia a conversão do lactato em glicose, provocando a hipoglicemia.
• Via das Pentoses-Fosfato: É uma via metabólica alternativa à glicólise para oxidar a glicose, que não requer nem produz ATP diretamente, mas gera NADPH e precursores para a biossíntese de nucleotídeos.
• Catabolismo de Aminoácidos Glicogênicos: Alanina (Ala), Cisteína (Cys), Serina (Ser), Glicina (Gly) podem ser convertidos em piruvato e, subsequentemente, em glicose (via gliconeogênese).
• Catabolismo de Aminoácidos e Relação com Lipídeos: Aminoácidos como Alanina (Ala), Cisteína (Cys), Serina (Ser) e Glicina (Gly) são convertidos em piruvato, que pode ser transformado em glicose e, posteriormente, em ácidos graxos (via lipogênese).
• Em vias metabólicas que não completam a glicólise, pode não haver produção de ATP em condições anaeróbicas.